基于单片机的QCM检测系统的设计和实现,这篇单片机论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
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摘 要： 设计一种以 STC89C52RC为控制核心的高精度可调便携式QCM检测系统.系统包括石英晶体多谐振荡、频率处理、单片机控制、RS 232通信等模块,使用石英晶体多谐振荡模块完成晶振片的驱动、频率选择、整形,输出信号经频率处理模块处理后交给单片机控制模块计数并显示,RS 232通信模块实现单片机与计算机之间数据传输.与现有的检测装置相比硬件方面滤波器设置为巴特沃兹三阶可调带通滤波器,通过调节其中心频率可满足多种频率晶振片需要,在软件设计中加入温度控制机制进一步提高了系统的稳定性,测量误差仅为0.03%,且成本低、携带方便,达到了设计要求.
关键词： 便携式QCM； 石英晶体多谐振荡； 可调带通滤波； 温度控制机制
中图分类号： TN305.1?34； TN707 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）16?0144?04
Abstract： A high?precision, tunable and portable QCM detection system taking STC89C52RC as its control core was designed. The system includes the quartz crystal multi?harmonic oscillation module, frequency processing module, single chip microcomputer control module and RS 232 communication module. The quartz crystal multi?harmonic oscillation module is used to drive the quartz crystal, select the frequency, and shape the weform. The output signal is processed with frequency processing module to hand over to the single chip microcomputer control module for count and display. The data is tranitted between single chip microcomputer and computer through RS 232 communication module. In comparison with the ailable detection devices, the filter is set for a tunable three?order Butterworth bandpass one, which can satiy the requirement of quartz crystal with different frequencies by adjusting the center frequency. The temperature control mechani is added into the software design to further improve the stability of the system. The detection error of the system is only 0.03%. The system has low cost, is easy to carry, and can reach the design requirement.
Keywords： portable QCM； quartz crystal multi?harmonic oscillator； tunable bandpass filtering； temperature control mechani
0 引 言
当今社会传感技术日益普及,作为一种可以检测到纳克级质量改变,具备极高灵敏度的传感技术[1?3],石英晶体微天平（QCM）也越来越为人们所熟知.早期的石英晶体微天平用于监测膜厚的沉积速度和气相中微量成分的测定,取得了相当大的成功,特别是从20世纪80年代以来,石英晶体微天平在单面接触液体的条件下获得了稳定的振荡,从此石英晶体微天平被广泛应用于生物化学、电化学领域的研究[4?6],从而开辟了石英晶体微天平应用的全新领域.但是与之配套使用的检测系统较少且多为国外生产,昂贵、体积较大,极大地限制了该传感技术的普及与应用.
隨着科学技术的日益进步,单片机的功能愈加强大且低廉,被广泛地应用于生活的各个方面[7?8].文中针对QCM检测设备昂贵、体积较大且国内较少的问题[9],提出了基于单片机AT89C52RC的QCM检测系统.介绍了QCM的工作原理,检测系统由硬件和软件两部分构成,系统硬件分别是石英晶体多谐振荡模块、频率处理模块、单片机控制模块、RS 232通信模块.在软件中加入温度控制机制,该系统成本低且性能较为稳定,可以满足日常需要.
1 QCM工作原理
石英晶体微天平的工作原理是利用了石英晶体的压电效应, 如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动.在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,并保持稳定,这种现象称为压电谐振,此时的频率称为晶片的谐振频率[10?11].1959年德国科学家Sauerbrey首次提出频率的改变量与晶振片表面的附着物存在一定的关系,该种关系可用Sauerbrey方程表示：
式中：f0为晶振片的谐振频率；[μq]和[ρq]为石英晶振片的剪切模量和密度,分别为2.947×1011 g·cm-1·s-2和2.648 g·cm-3,[Δm]为石英晶体的质量（g）；A为石英晶振片的有效面积（镀电极部分的面积）,若为对称电极,则为电极部分面积,若为非对称电极,则为两个电极之间的相对部分面积[12].
结论：适合单片机论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关单片机开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
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