仪表智能化技术

下图为采集到的2个波形图，具体数据见附录EXCEL文件：

我们选用熟悉的stm32f103c8t6单片机进行项目开发，如图为单片机实物图

电路板上设计了电源插口来从外部接入9V电源,之后设计9V转3.3V电路，将电压降至3.3V供电，并了设计电源防反接电路,得到3.3V电源之后运用电源芯片MAX660将电压翻转得到-3.3v的负电源输出。

低压报警电路有电阻、电容、三极管、蜂鸣器组成，我们可以设定电路报警的阈值

①、用稳压电源对电路供电，即令 VCC = 阈值 。

②、调整滑动变阻器，通过滑动变阻器与R27的分压，令三极管Q2刚好截止

③、此时三极管Q2截止，Q1在R26的作用下导通，蜂鸣器被接通并发出报警声音。

当 VCC > 阈值时，三极管Q2导通，将Q1的基极拉低，进而Q1截止，最终蜂鸣器未被接通，电路正常工作

随后设计了电源充电模块对电源完成充电。

由stm32控制数模转换，进而调节LED灯亮度，其中VIA为模拟量输出，送到下一级的恒流源。

上一级的模拟量输出，通过可程控恒流源驱动LED，来实现LED的亮度可以通过单片机来调节，，用于激发生物样品中的荧光物质产生荧光信号。

光电二极管感应到生物体内荧光物质发出的亮光后产生（0~100ma）的电流，结合跨组放大器完成电流电压转换，简单的跨阻放大电路主要包括一个像R17这样的反馈电阻。该反馈f电阻用于设置跨阻放大器的增益，由输入的电流0~100ma和输出的电压0~25mV结合公式先确定反馈电阻阻值和所需带宽的电容值

滤波电路部分使用filterpro软件设计二阶巴特沃斯滤波器，filterpro是TI公司设计的一款有源滤波器设计工具，如图为各部设计步骤，第一步选择lowpass低通滤波，第二步选择一些具体参数增益，通带频率，纹波系数，阻带频率，带外衰减，还有就是滤波器阶数，这边主要设置了截止频率为20Hz，滤波器阶数为2阶，在下面这张图也可以看到具体参数设置导致的幅频响应曲线，第三步可以根据不同需要选择如贝塞尔，巴特沃斯等滤波器，这里选用巴特沃斯滤波器，第四步选择滤波器的拓扑结构，有反馈(Multiple-Feedback)单路和差分等，这里选用反馈拓扑，最后生成滤波器电路图，可以看到软件已经给出具体的电阻电容值，但是如果需要实际制版的话，需要根据实际情况来选择电阻电容。

由于前级滤波输出的电压范围为0~25mV，后一级模数转换A/D转换器的量程为0~2.5v，所以放大电路需要将电压放大100倍，选用的运算放大器为NE5532，NE5532为高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路，增益带宽积10MHz，如果提高了增益，带宽就会下降，所以为了保证带宽要求，采用双运放级联的方式来完成，第一极运放搭建了放大倍数为10倍的反向比例放大电路，将输入信号放大后送入第二级电路，第二极电路与第一极电路完全一样，两运放级联后，实现放大倍数为100倍。

MCP3421是一款低功耗模数转换器，其量程可以通过外部电压分压器进行设置，可以满足0-2.5V的要求。该芯片的分辨率为18位，即2^18个等级，可满足0.04mV的采集精度要求。此外，MCP3421还具有低功耗和自校准等特性，适用于电池供电和长期稳定性要求较高的应用。数字量输出到stm32的串行数据线SDA（PB7）串行时钟线SCL。（PB6）

选用HC05蓝牙模块，通过串口调试助手，完成仪器与手机的通讯

①滑动平均算法

滑动平均法是一种常用的平滑时间序列数据的方法，也是一种移动平均法。它的基本思想是在数据序列中，对于每一个数据点，取它前面的一段固定长度的数据，然后计算这段数据的平均值，并将这个平均值作为当前数据点的值，依此对整个序列进行平滑处理。

②二阶滤波器法

二阶巴特沃斯低通滤波器是一种常用的电子滤波器，主要用于将高频信号从输入信号中滤除，只保留低频信号。它可以有效地滤除噪声和干扰信号，提高系统的信噪比和抗干扰能力。二阶巴特沃斯低通滤波器的特点是具有平坦的通带响应和陡峭的阻带响应，可以在保证信号质量的前提下有效地抑制不需要的高频信号。

③两种滤波算法对比：

如果单纯看滤波后的图像，那么两种方法的效果都很好，曲线很平滑，噪声基本都去干净了，但是如果将原始数据加上就会发现两种滤波方法有点差别。以第一组数据为例，如图所示：

可以看出，两种方法对于去除噪声的效果都很好，但是在峰值附近，使用滑动平均法滤波的信号失真比较严重，而使用二阶滤波器法滤波的信号并没有失真，因此滤波方法采用二阶滤波器法会好一些。