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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着我国经济社会的快速发展,以煤炭为主的能源消耗大幅攀升,机动车保有量急剧增加,经济发达地区细颗粒物污染和扬尘污染加剧,同时大气细颗粒物已经成为影响我国城市大气环境质量的首要污染物,控制大气颗粒物污染已经刻不容缓。鉴于当下严重的大气颗粒物污染问题，对气溶胶质量浓度的检测警报，不仅是对气溶胶测量环保产业的功能的又一次开发，也符合了当今社会所提倡的“环境友好型”社会的议题，并且适应人类社会的可持续发展。正是因为这样，本课题设计了一种高精度光散射式气溶胶质量浓度测量系统，用于实现对气溶胶的实时在线监测，并分析测量精度。

社会意义：实现在线大气环境气溶胶质量浓度检测，为掌握大气环境变化，颗粒物，粉尘污染预警提供实时数据支持。

经济价值：国内大气在线检测主要通过振荡天平法和β射线法，测量时间长，价格高达10万以上，此次开发设计的高精度多功能光散射式气溶胶浓度测量仪采用全新技术和算法，降低了生产成本，能够实现大规模生产和大范围使用。可进一步挖掘高精度气溶胶检测仪在我国环保产业上的市场价值。

2. 研究的基本内容

为了实现精确检测大气中气溶胶颗粒污染物的质量浓度，设计了一种高精度光散射式气溶胶质量浓度测量仪。本测量仪根据颗粒群粒子光散射电压信号幅度的分布规律建立气溶胶质量浓度的分形反演模型；由前端激光传感器实现颗粒物散射光信号到电信号的转换；采用ad8065电压反馈型放大器对前端光学传感器输出的信号进行滤波和幅度延拓处理；由fpga多通道采集卡控制高速模数转换器ad9656对输出信号进行采集；信号采集电路采用24通道非均匀划分方式，有效提高系统反演速度；由dht22传感器采集环境湿度和温度；由无线蓝牙模块将测得数据传输至上位机；在高湿度环境下利用神经网络算法对气溶胶质量浓度测量值进行补偿；由stm32微处理器结合分形反演模型完成对气溶胶质量浓度的测定，并将气溶胶质量浓度分布曲线显示在tft显示屏上。系统原理图如图1所示。

图1 气溶胶质量浓度测量系统的硬件整体框图

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

第一阶段主要完成国内外研究现状的调研，确定技术方案后，查阅相关资料，熟悉fpga以及单片机相关专业知识，对目前世界上气溶胶质量浓度测量研究状况进行调研。

第二阶段主要完成气溶胶质量浓度测量仪硬件设计。首先完成系统的整体硬件设计方案，然后完成电源管理模块、滤波放大电路、模数转换电路的设计；接着完成对系统的两块主芯片fpga和stm32的最小系统设计以及一些外围模块的设计：温湿度模块、tft-lcd显示电路、蓝牙模块和pcb的整体设计。

4. 参考文献

[1]贾星灿, 郭学良. 人为大气污染物对一次冬季浓雾形成发展的影响研究[j]. 大气科学, 2012, 36(5):995-1008.

[2]张莉. 基于单颗粒气溶胶质谱信息的分类方法研究及其应用[d]. 上海大学, 硕士学位论文, 2013.

[3]张小曳. 中国不同区域大气气溶胶化学成分浓度、组成与来源特征[j]. 气象学报, 2014, (6):1108-1117.