基于ARM的前向散射式能见度仪的设计

摘要

大气能见度(Visibility)是反映大气透明度的一个指标，是气象观测的常规项目，它对航海、航空、陆上交通以及军事活动等都有重要影响。目前国内能见度仪，特别是适用于海洋恶劣环境中的便携式、高精度的能见度仪较少，需要研制适合海上测量的能见度仪。 在系统阐述大气能见度检测理论依据的基础上，研究了能见度检测系统的关键技术，主要包括光源的稳定性、微弱信号的相敏检测技术及信号的抗干扰技术等。本系统由发射模块、接收模块、信号处理模块及电源模块等组成。设计了发射模块和接收模块的光学系统，并进行了发射光源的调制设计、接收模块中的光电转换电路、放大电路、带通滤波电路的设计及信号的锁相放大电路的设计等。大气能见度测量属于微弱信号检测技术，在海上更容易受到外界自然光及其它环境因素的干扰，因此滤除各种干扰，提取有用的微弱信号是本设计的核心。本文重点研究了光敏检测技术和适合于微弱信号检测的锁相放大技术，设计了以OPT101为核心的光敏检测电路，有效提高了电路的灵敏度和抗干扰，简化了设计；设计了以平衡调制解调芯片AD630为核心的锁相放大电路和由双D触发器SN74HCT74及单稳态触发器M74HC4538B1R组成的移相电路，实验证明，在较大的噪声背景下，该电路可以有效地提取出反映能见度变化的有用信号。锁相放大后的直流信号，经AD处理后输入到微处理器ARM中，经过理论运算最后得到能见度值。为了保证系统工作的稳定性，特别是海上恶劣环境，对系统进行了防盐、雾、水的设计，如对镜头进行镀膜、对PCB板进行了三防处理等。 最后进行了能见度仪样机的研制。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1本课题的研究意义及产业化前景

1.2 国外能见度仪器的发展史及研究现状

1.3 国内能见度仪器的发展史及研究现状

1.4本课题的主要研究工作

2能见度的理论依据

2.1光的散射

2.2能见度检测的理论基础

2.3前向散射仪接收信号与能见度关系的确定

2.4公式修正及标定

3系统的硬件电路设计

3.1发射模块的设计

3.1.1 发射模块光路的设计

3.1.2发射光源的设计

3.1.3发射光源的调制设计

3.2接收模块的设计

3.2.1接收模块光路的设计

3.2.2接收模块电路设计

3.2.3光电转换电路

3.2.4放大电路的设计

3.2.5带通滤波电路的设计

3.3电源电路的设计

4锁相放大电路的设计

4.1锁相放大电路的工作原理

4.2相敏检测器的分类

4.2.1模拟乘法器型相敏检测器

4.2.2电子开关型相敏检测器

4.3 电子开关式相敏检测器的选择

4.3.1变压器式电子开关相敏检测器

4.3.2运放式电子开关相敏检测器

4.4电子开关式相敏检测器的相鉴特性

4.5移相电路的设计

4.5.1 D触发器SN74HCT74

4.5.2单稳态触发器M74HC4538B1R

4.5.3时序图分析

4.6 AD630锁相放大电路的研究

4.7小结

5.ARM软件流程及结果分析

5.1 AD接口设计

5.2软件设计

5.3人机交互界面的设计

5.4数据分析

6.系统的抗干扰设计

6.1干扰因素分析

6.2抗干扰措施

7课题总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

参考文献

附录

致谢

个人简历

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