【正文】 6）中為穩(wěn)控致冷電源的輸出，為基準(zhǔn)電壓源，為溫度傳感器后續(xù)模擬信號處理電路輸出。XR100CR探測器組件內(nèi)帶電致冷器的最大允許供電電壓為+，此時電流約為650mA。對BTL驅(qū)動器由電壓增益式分別為+1和1的兩個運(yùn)算放大器構(gòu)成。R1，R2，C53和C54等。減小體積，提高轉(zhuǎn)換效率；(3) 由于SIPIN探測器的偏置高壓不是很高（+100V無高次諧波，噪聲的左右），可采用BTL（BridgedTired Load）驅(qū)動電路結(jié)合多倍壓整流電路實(shí)現(xiàn)升壓；(4) 適當(dāng)提高工作頻率。調(diào)節(jié)管工作于開關(guān)狀態(tài)而稱為開關(guān)型高壓電源。所以，我們有必要對系統(tǒng)探測部分的電源及致冷環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其在系統(tǒng)中連接方式如圖411所示。(4) 功耗低，相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 顯示單元的設(shè)計在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。它們以響應(yīng)單片機(jī)控制要求，提供單片機(jī)所需資源為己任，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)論，為操作人員提供簡便，容易維護(hù)的途徑。圖47 峰值甄別電路、A/D轉(zhuǎn)換器觸發(fā)電路采樣開始時，由89C51先給RES端一個低電平信號，使甄別電路復(fù)位，電路進(jìn)入甄別過程。通過設(shè)定閾值，將信號中脈沖幅度小于閾值的噪聲信號去除。CR電路中添加了極零相消部分，作用是用其零點(diǎn)和前放電路的極點(diǎn)對消，可以去掉前放輸出脈沖的長尾，以新的極點(diǎn)確定脈沖下沿的衰減時間。 信號處理電路的設(shè)計由于探測器輸出的脈沖信號幅度比較?。ㄐ盘柗葹閮菏练翈追?，而且信號比較窄，為了使后端處理電路能夠?qū)y量信號進(jìn)行幅度分析，需要將經(jīng)脈沖放大器傳輸過來的脈沖信號進(jìn)行脈沖的成形與峰值的判定。圖43 “源—樣—探”幾何關(guān)系示意圖 激發(fā)源在前端的布置依據(jù)（41）式“源—樣—探”的理想模型公式，可以給“源—樣—探”幾何關(guān)系布置提供指導(dǎo)：應(yīng)使探測器與激發(fā)源互相重疊，而且與樣品的待測面相垂直，才能獲得最佳探測計數(shù)率的效果。放射性同位素源的光子產(chǎn)額是時間的固定函數(shù)，可以進(jìn)行精確的校正。無論是有靶極還是無靶極結(jié)構(gòu)的X光管，工作時都要加數(shù)千伏、乃至數(shù)萬伏高壓電源，其體積和重量將會使其失去易攜帶性，而且會消耗較多的電能。X光管的最突出優(yōu)點(diǎn)是可針對不同的待分析元素，調(diào)整管壓與管流獲得不同的能量與照射量率，獲得最佳的待測元素特征X射線的激發(fā)效率，從而提高分析靈敏度。C左右，實(shí)際工作溫度還可以根據(jù)內(nèi)置溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)控。上述地球化學(xué)指示元素的特征X射線（個別元素可采用L系特征X射線）能量，均在SIPIN半導(dǎo)體探測器的有效能量探測范圍之內(nèi)。因而需合理進(jìn)行探測器選型，同時選擇既能滿足野外測量需要、又無需供電或功耗小、而且小巧輕便的激發(fā)源。它以快速響應(yīng)、操作簡便、經(jīng)濟(jì)適用為出特點(diǎn)。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就快，同時，對存儲器的速度要求就高，對印刷電路板的工藝要求也就越高（線間寄生的電容要?。2]。按鍵手動復(fù)位由電平復(fù)位和脈沖復(fù)位兩種，考慮到本設(shè)計的實(shí)際應(yīng)用，該設(shè)計選擇按鍵電平復(fù)位，電路如圖34： （a）上電復(fù)位所用圖形 （b）按鍵復(fù)位圖34 復(fù)位電路圖 外部時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，它是研究單片機(jī)指令執(zhí)行中沒個信號之間關(guān)系的基礎(chǔ)。復(fù)位電路的成功與否，關(guān)系到一個單片機(jī)能否正常運(yùn)行。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。：外部程序存儲器的選通信號。(6) 可編程串行通道由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結(jié)合在單個芯片中，因此，AT89C51構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、效率高的微控制系統(tǒng)，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。另外，89C51共有兩個16位的定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)和定時方式，并可以根據(jù)技術(shù)或定時的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制。R2和R3的穩(wěn)定性對放大器增益穩(wěn)定性起決定性作用，應(yīng)選用低溫度系數(shù)的金屬膜電阻。 信號放大調(diào)理電路的原理(1) CR微分成形電路與主放大器如圖31中C1與R1構(gòu)成無源CR微分電路。該X射線（熒光）的能量與外層電子與內(nèi)層電子的能級之差準(zhǔn)確相當(dāng)。系統(tǒng)中按功能和位置大致可以分為三大部分：檢測元件、信號放大調(diào)理電路和數(shù)據(jù)處理器，了解它們的工作原理和使用方法成了我們進(jìn)行下一步工作的前提。因此，沒有得到大量的推廣與運(yùn)用。 論文選題及研究意義生態(tài)仍然是制約當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的一大問題。另外，大多儀器在電子線路上并未針對實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)行深入的研究與開發(fā)。20世紀(jì)90年代以正比計數(shù)器為X射線探測器的HYX4型攜帶式X射線熒光儀投入實(shí)際應(yīng)用，該儀器一次測量可同時確定2~4種元素的含量。個別型號也采用X射線管激發(fā)源。但是，對于組成元素種類多、基體情況變化復(fù)雜的地質(zhì)樣品的分析，相鄰元素的特征X射線譜峰的相互干擾較嚴(yán)重的情況，對探測器的能量分辨率指標(biāo)提出更高的要求。因此，對現(xiàn)場X熒光分析領(lǐng)域，不論是國內(nèi)外，主要是采用能量色散X熒光方法。在國家制定相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)后，他們一直在為得到一種可靠的環(huán)境檢測方法而努力。X熒光分析技術(shù)作為一種現(xiàn)場快速分析方法，也曾在金礦、銅礦和多金屬礦等勘查中得到應(yīng)用。測定標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度已知的溶液）和未知液（濃度待測定的溶液）的吸光度，進(jìn)行比較，由于所用吸收池的厚度是一樣的。鉛（Pb）：是重金屬污染中毒性較大的一種，一旦進(jìn)入人體將很難排除。但是，在生物體內(nèi)，砷在生物體內(nèi)可以發(fā)生甲基化作用。(2) 生物可大量富集，構(gòu)成食物鏈，危害人類。張敬鎖等研究了在土壤中施入有機(jī)肥可減緩Cd污染對作物的危害，指出有機(jī)質(zhì)有很大的比表面積，對Cd2+有強(qiáng)烈的吸附作用，更主要是有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的腐殖酸可與土壤中的Cd2+形成鰲合物沉淀。這些土壤參數(shù)包括PH值、可交換陽離子容量（canon exchange capacity）有機(jī)物含量、碳酸鹽含量、水和Fe/Mn氧化物、氧化還原能力、DOC和溫度等，而對生長在一定土壤中的植物來說，其種類和栽培技術(shù)也是影響植物組織中各污染因子濃度的因素。由于含鉛汽油的使用，汽車尾氣含鉛量可達(dá)2050微克/升，行駛在公路上的汽車，其排放廢氣中的鉛沉降造成公路兩側(cè)的土壤及生長植物的鉛污染。蔬菜的安全衛(wèi)生得到了人們的最新詮釋——蔬菜制品要安全衛(wèi)生，其生產(chǎn)加工的過程，其原材料的生長環(huán)境也更為人們所關(guān)注，以便從根本上保證食品對人們健康的“綠色”。在缺乏試驗條件的實(shí)際情況下，對系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了分析和整定。 對無公害蔬菜生長環(huán)境的檢測儀器的設(shè)計摘 要蔬菜是最為重要的日常食物，對維持人體正常生理功能和增進(jìn)健康具有不可替代的作用。整個系統(tǒng)的設(shè)計符合環(huán)境監(jiān)測儀器的基本要求。生活周圍的“綠色”也越來越多的被人們所關(guān)注。汽車尾氣的污染元素主要是Pb。而土壤條件的改變控制著有效金屬離子的濃度。有機(jī)質(zhì)能增加或抑制重金屬的吸附，或?qū)ξ讲划a(chǎn)生明顯作用[1]。例如，土壤中的無機(jī)汞可在微生物作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的甲基汞。在人體內(nèi)，三價砷的毒性是五價砷的60倍。此外，不少研究者還發(fā)現(xiàn)鎘有致突變、致癌和致畸作用，以及引起高血壓，肺氣腫等病癥。目前，針對土壤環(huán)境監(jiān)測的方法多種多樣，其主要有一下幾種，以供比較：(1) 分光光度法可見或紫外分光光度法都可用于測定溶液中物質(zhì)的含量。傳統(tǒng)的化探方法進(jìn)行異常發(fā)現(xiàn)、查證，需要經(jīng)過“野外采樣—樣品運(yùn)輸—樣品加工與縮分—化學(xué)分析”等過程之后，才能得到野外采樣點(diǎn)元素的含量信息。無公害蔬菜種植牽動著每一個關(guān)心高生活質(zhì)量切實(shí)得到保障的有識之士的心。波長色散X熒光儀的色散機(jī)構(gòu)（主要包括衍射晶體、光柵及其角度控制裝置等）的體積較大，而且結(jié)構(gòu)精密，使用和運(yùn)輸中必須嚴(yán)格防震。HgI2探測器的能量分辨率（）為250~300eV，已經(jīng)能夠勝任在組成元素種類相對固定的合金分析領(lǐng)域、或其它組成元素種類較少的樣品分析領(lǐng)域的分析工作。從激發(fā)源來看，大多便攜式X熒光探測系統(tǒng)均采用放射性同位素激發(fā)源，采用的同位素源的種類包括55Fe, 238Pu, 241Am和109Cd等。這些儀器一次測量只能確定一種元素的含量，其分析元素的檢出限一般為（50~1000）g/g?；蛘咧惶峁┗镜淖V線光滑、尋峰、求峰面積等基本譜數(shù)據(jù)處理功能，不能在測量現(xiàn)場直接輸出多種元素的含量結(jié)果。綜上所述，在本文設(shè)計預(yù)期實(shí)現(xiàn)指標(biāo)如下：(1) 系統(tǒng)體積小、重量輕，單人能夠輕松攜帶于操作；(2) 便于非技術(shù)專業(yè)人員操作；(3) 單次測量能完成5至6種主要元素或相關(guān)土壤化學(xué)場指示元素的定量分析，具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理能力，能直接輸出目標(biāo)元素含量結(jié)果的能力；(5) 輸出結(jié)果精確度高的目標(biāo)。而且這些儀器的讀數(shù)均為X熒光計數(shù)，需由熟練掌握X熒光分析方法的專家或技術(shù)人員，通過較復(fù)雜的換算才能得到目標(biāo)測量元素的含量，使用不夠方便。再次，我們選擇使用X射線熒光檢測在其理論方面是基于前人經(jīng)驗的積累、總結(jié)和應(yīng)用。發(fā)生光電效應(yīng)后，處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，其外層電子會躍遷填充內(nèi)層空位，同時發(fā)出X射線（熒光）。根據(jù)特征X射線的照射量率與被測樣品中元素的含量的關(guān)系，用儀器記錄特征X射線的能量與照射量率，即可實(shí)現(xiàn)對待測樣品中目標(biāo)元素的定量測定。圖31中R2取50Ω，（增益誤差可由增益微調(diào)電路校正）。89C51有四個8位并行I/O接口P0P3，每個接口既可以作為輸入又可以用作輸出，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 圖33 單片機(jī)最小系統(tǒng)引腳說明：AT89C51單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個成員，內(nèi)部自帶4K字節(jié)可編程FLASH可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，與Intel MCS51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。表31 P3端口特殊功能端口引腳特殊功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0 （外部中斷0）/INT1 （外部中斷1）T0（定時器0外部輸入）T1（定時器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 復(fù)位電路復(fù)位操作是單片機(jī)的初始化操作。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖34，這樣只要電源VCC的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化。～12MHz。4．無公害蔬菜生長環(huán)境檢測儀硬件系統(tǒng)無公害蔬菜生長環(huán)境檢測儀是基于X射線熒光檢測原理，以單片機(jī)89C51為核心的非電量信號的采集、轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。針對野外現(xiàn)場多種元素定量測定的需要，系統(tǒng)應(yīng)易于攜帶，而且具有較高的分析靈敏度。其它元素或在地質(zhì)樣品中含量太低（低于能量色散X熒光分析的檢出限）而無法分析，或與含礦關(guān)系不密切（如大多數(shù)輕元素）而無需進(jìn)行分析。為了確保XR104CR對X射線探測的能量分辨率，該組件采用電致冷器將探測器和前置放大器的輸入FET管的工作溫度控制在30 186。常用的激發(fā)源有小功率X光管和放射性同位素激發(fā)源。同時，其有靶極結(jié)構(gòu)也使得體積增大。放射性同位素發(fā)出的γ（X）射線一般是單色譜（一種同位素通常發(fā)射一種或少數(shù)幾種單色光）；其波長（能量）與外界條件無關(guān)。時，探測器探測到的特征X射線的計數(shù)率最大。實(shí)際設(shè)計中，傾角取25186。成形的電路的原理圖如圖45所示。 甄別及A/D裝換器觸發(fā)電路甄別電路的主要功能是去除信號噪聲、過峰檢測。如圖47中所示。 單片機(jī)外圍電路設(shè)計單片機(jī)89C51作為系統(tǒng)中數(shù)據(jù)綜合的中心，整合了鍵盤，A/D轉(zhuǎn)換器，LCD顯示及報警的功能。本設(shè)計中由于其操作簡單的特點(diǎn)，鍵盤數(shù)量較少宜采用獨(dú)立連接式鍵盤結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖49 LCD1602在系統(tǒng)中的連接方式(3) 體積小、重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)[19]。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 系統(tǒng)工作條件的保障系統(tǒng)的探測元件在室溫下是不能使用的，另外本環(huán)節(jié)在使用過程中還需要高壓偏置電源的接入，為保證系統(tǒng)正常工作就必須嚴(yán)格按照探測元件的使用條件的要求。第二類是基于脈寬調(diào)制（PWM）控制器產(chǎn)生占空比可控的矩形波，通過電感元件或變壓器升壓。因為工作波形頻率單一，頻譜相對簡單，有利于降低紋波噪聲；(2) 無變壓器設(shè)計。圖412 無變壓器式高壓偏置電源電路結(jié)構(gòu)其中，運(yùn)算放大器USA與R1，R2，R3，R4，C53和C54等外圍元件構(gòu)成文氏橋正弦波發(fā)生器。但實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，頻率高于30kHz后，運(yùn)算放大器易出現(xiàn)飽和失真，反而使紋波系數(shù)劣化，最終采用16kHz。C。溫度信號處理包括差動放大、電平移位與鉗位等。設(shè)致冷器為阻性負(fù)載，則理論上， W，%。同時它有功能豐富的函數(shù)庫、運(yùn)算速度快、編譯效率高，且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種源于UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可以產(chǎn)生緊湊的代碼。當(dāng)把注意力放在這些“細(xì)節(jié)”上的時候，往往又把程序的主線忘記了。因此，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可以很快地將問題定位到某個摸塊內(nèi)，并盡快得到解決。 數(shù)據(jù)采集有關(guān)軟件設(shè)計這里所指的軟件是指工作在系統(tǒng)硬件平臺上與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的程序模塊，是整個軟件系統(tǒng)的重要組成部分，直接與硬件接口，實(shí)現(xiàn)硬件驅(qū)動，具體說來主要完成以下任務(wù)：(1) 對控制電路的控制作用；(2) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀??；(3) 外部RA M的存??；(4) 鍵盤的控制；(5) LCD的控制；