过滤膜式大气微生物采样器的设计和实现

摘要

20世纪80年代以来，人类赖以生存的自然环境逐渐恶化，各种传染病频频发生，严重威胁人类的生命健康。生物气溶胶是大气致病微生物传播的首要载体，准确采集、分析生物气溶胶的组成和浓度对于环境生物安全评估、疾病控制、公共卫生突发事件及生化污染预警等意义重大。完整的生物气溶胶采样过程包括采样器自动控制、抽气采样、样品存储以及环境保持等环节。目前，国内广泛使用的生物气溶胶采样器均需要人工操作，费时费力、成本高昂，且易出现误操作现象。
　　为了解决上述问题并实现大气微生物气溶胶全自动采样，本项目拟研发出智能型空气微生物气溶胶采样器，可通过大规模布网，实现对野外环境复杂、人员不宜或难以到达等场所进行长期全自动检测和采样。主要研究工作有:
　　(1)整机结构优化设计。从轻量化、小型化、密闭性、抗干扰、抗震动等方面出发，合理选择材质、设计结构布局，比如选择PVC材质，设计气泵密封箱等;
　　(2)仪器环境适应性和可靠性设计。采集表达仪器工作状态的特征参数（电量、过载、故障、误操作），结合环境温湿度、仪器姿态与位置等信息，实现运行状态与运行条件的实时监控，保证仪器实现预定采样功能;
　　(3)交互软件设计。上、下位机多种软件设计，实现数据协同、数据交互、人机交互、仿真计算，通过数据库存储专家采样参数实现不同环境的全自动采样;
　　(4)仪器远程控制管理设计。采用GPRS和北斗互为备用无线通信链路方式进行通信，自定义通信协议和控制指令格式，实现远程操控与状态监测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的由来及其研究目的和意义

1．3．1 课题的由来

1．3．2 研究的目的和意义

1．4 课题研究主要内容

1．5 论文结构安排

第2章 系统整体方案设计和系统结构

2．1 功能需求分析

2．2 主要功能模块定义

2．3 主要功能模块概要设计

2．4 整机机械结构设计

2．5 本章小结

第3章 系统硬件设计

3．1 系统设计注意事项

3．2 系统硬件整体设计

3．3 功能模块详细设计

3．3．1 采样器无线通信模块

3．3．2 采样器气流控制模块

3．3．3 环境参数及工作状态监控模块

3．3．4 电源管理模块

3．3．5 过滤模块

3．4 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 软件设计注意事项

4．2 上位机软件设计

4．3 下位机程序设计

4．3．1 下位机程序流程图

4．3．2 控制器通信协议

4．3．3 通信命令详解

4．4 本章小结

第5章 仪器测试与验证

5．1 自动化采样流程测试

5．2 基于计划的无人值守采样测试

5．3 远程控制采样功能测试

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 课题工作总结

6．2 课题创新点

6．3 未来展望

参考文献

附录

致谢

在读硕士期间研究成果