基于DSP海洋探测激光荧光光谱仪研究

摘要

海洋是提供人类生存和发展的资源宝库，对推动国家的经济发展和社会进步有深远的影响。随着对海洋的资源开发，环境保护的问题越来越受到国家与政府的重视。
　　在海洋环境探测中，激光诱导荧光技术可快速准确获取水中有色可溶性有机物、溢油污染区域、赤潮区域叶绿素等物质的荧光信息。
　　随着科技的发展，仪器智能化、自动化、小型化已成为发展的趋势。目前用于海洋探测的光谱仪器大多体积较大而且操作较复杂，不适用于现场快速检测的场合，所以本文提出一种便携型激光荧光光谱仪的方案，通过面阵CCD采集光谱图像并使用DSP作为系统控制与协调的核心。
　　系统的设计方案主要分为硬件部分与软件部分。
　　硬件设计部分主要包括电源管理部分、视频输入解码部分、液晶显示部分、数据存储部分与激光器控制部分，每个部分经过方案对比进行合适器件的选择，并根据手册与资料设计应用电路，将DSP核心部分与硬件五个部分协调统一为整体，并使用Altium Designer进行印制电路板的设计，将硬件布置在大小为14×8cm的应用底板上。
　　软件部分从DSP开发与仿真环境的搭建入手，介绍了CCS软件与XDS100V2仿真器的使用，详细说明了DSP程序程序运行必要依附文件的配置与芯片支持库函数的配置，并对系统运行流程进行分解描述，从视频解码流程、主函数流程、数据存储流程三部分进行功能解释。在将系统功能完善后使用烧写工具将程序固化到FLASH中，完成软件部分的设计。最终实现在720×576分辨率下进行光谱采集与数据处理，并以12~16帧的速度进行显示。
　　最后进行实验系统的组装，采用15cm×10.5cm×5.5cm尺寸的铝盒作为光谱仪的外壳。在实验前，利用高压汞灯对系统进行了光谱定标，确定了波长411~768nm的测量范围，并详细介绍了光谱仪的操作步骤。接下来从威海金海滩国际海水浴场进行水样采集，对纯海水、绿色海水、含有漂浮藻类的海水、含有机油的海水分别进行检测，定性地检测到叶绿素与油类物质存在，基本完成了预期的功能。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 海洋叶绿素及溢油检测的研究现状

1.3 便携型光谱仪的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 海洋物质的激光荧光特性分析

2.1 引言

2.2 海洋浮游植物的光学特性

2.3 含油污海水的光学特性

2.7 激光诱导荧光原理

2.8 本章小结

第3章 光谱仪硬件系统设计

3.1 引言

3.2 光谱仪系统组成

3.3 视频处理DSP选择

3.4 电路部分整体设计方案

3.5 电源供电部分设计

3.6 视频输入解码部分设计

3.7 LCD显示部分设计

3.8 数据存储部分设计

3.9 激光控制部分设计

3.10 系统整体PCB设计

3.11 本章小结

第4章 光谱仪软件系统设计

4.1 引言

4.2 CCS开发环境及下载器介绍

4.3 光谱仪软件系统整体运行流程

4.4 程序运行依附文件的配置

4.5 L2缓存的设置

4.6 DM642的CSL库

4.7 视频解码流程与设计

4.8 主程序的流程与设计

4.9 数据存储的程序设计

4.10 程序的烧写

4.11 本章小结

第5章 光谱仪海洋样品实验

5.1 引言

5.2 光谱仪的组装

5.3 光谱仪的定标

5.4 光谱仪操作流程

5.4 海洋样本实验结果

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢