?手持式儀器?是指那些設(shè)計(jì)為便于攜帶和操作的儀器設(shè)備，通常用于現(xiàn)場檢測、監(jiān)測或分析。這類儀器通常具有體積小、重量輕、操作簡便等特點(diǎn)，適合在各種環(huán)境下使用。

手持式儀器的種類和應(yīng)用領(lǐng)域

手持式儀器種類繁多，常見的包括：

?手持式光譜儀?：基于X射線熒光光譜分析技術(shù)(XRF)，用于分析樣品中的元素成分，廣泛應(yīng)用于合金、礦石、環(huán)境、消費(fèi)品等領(lǐng)域?12。

?手持式土壤分析儀?：用于快速檢測土壤中的重金屬和其他元素，適用于農(nóng)業(yè)土壤檢測、環(huán)境監(jiān)測、土地規(guī)劃與管理等?3。

?手持式礦石分析儀?：同樣基于XRF技術(shù)，用于分析礦石中的元素種類及其含量?4。

手持式儀器的技術(shù)原理和操作方法

以手持式光譜儀為例，其工作原理基于X射線熒光光譜分析技術(shù)。當(dāng)X射線照射到被測樣品時(shí)，樣品中的原子會吸收X射線能量，處于激發(fā)態(tài)的電子在回到基態(tài)時(shí)會釋放出特征X射線熒光。不同元素的原子結(jié)構(gòu)不同，所產(chǎn)生的特征X射線熒光的能量和強(qiáng)度也不同，通過檢測這些特征X射線熒光的能量和強(qiáng)度，可以確定樣品中存在的元素種類及含量?12。

手持式儀器的優(yōu)缺點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)?：

?便攜性?：體積小、重量輕，便于攜帶和操作。

?靈活性?：適用于各種現(xiàn)場檢測和環(huán)境，提高了工作效率。

?實(shí)時(shí)性?：許多手持式儀器能夠提供即時(shí)檢測結(jié)果。

?缺點(diǎn)?：

?精度限制?：由于體積和重量的限制，某些高精度測量可能需要更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。

?電池壽命?：長時(shí)間使用可能受限于電池壽命。

手持式儀器是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的重要領(lǐng)域，手持式儀器具有便于攜帶、操作方便、LCD顯示清晰等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合手持式電量測量儀開發(fā)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了以MSP430F449為核心的手持式儀器。系統(tǒng)采用16位A/D轉(zhuǎn)換器AD7705和128×64像素LCD圖形顯示器設(shè)計(jì)互動式圖形用戶界面，用于顯示測量結(jié)果數(shù)字和圖形。符合人體工程學(xué)的按鍵和易于操作的菜單，實(shí)現(xiàn)了儀器的4按鍵圖形菜單操作。設(shè)計(jì)了對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并實(shí)時(shí)存儲的應(yīng)用軟件。儀器具有測量精度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、信息容量大、智能化、體積小、功耗低等特點(diǎn)，適合于電池供電的工作環(huán)境。

1 核心模塊硬件設(shè)計(jì)

1.1 16位嵌入式處理器MSP430F449單片機(jī)

德州儀器公司的MSP430系列單片機(jī)是一種16位超低功耗微處理器，低供電電壓范圍為1.8～3.6 V，1 MHz時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)耗電電流在O.1～400 μA之間，并具有多種低功耗模式，關(guān)斷模式下耗電僅為0.1μA;從中斷請求到CPU喚醒只要6μs;具有豐富的片內(nèi)資源。本系統(tǒng)中選用的是MSP430F449單片機(jī)，該單片機(jī)具有5種節(jié)電模式(LPM0～LPM4)，1 MHz下工作電流O.1～280μA，具有2個(gè)16位和1個(gè)8位定時(shí)器;具有1個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器，2個(gè)串行通信接口，可通過軟件選擇UART/SPI模式;Flash存儲器多達(dá)60 KB，RAM多達(dá)2 KB。手持式儀器核心模塊基本組成的硬件電路框圖如圖l所示。

1.2 Flash數(shù)據(jù)存儲器

由于系統(tǒng)要存放大量的數(shù)據(jù)，因此需要大容量的存儲芯片?？蛇x用的存儲芯片主要有EEPROM、Flash、FRAM等類型。FRAM存儲器雖然擦寫次數(shù)無限制但其價(jià)格昂貴，EEPROM、Flash型存儲芯片雖有擦寫次數(shù)的限制但價(jià)格較低，其中Flash存儲容量更大。本文選用AT45DB041B串行Flash芯片作為數(shù)據(jù)存儲器。AT45DB041B與AT45DB04l、AT45DB041A完全兼容，但供電電壓更低，為2.5～3.6 V或者2.7～3.6 V，功耗更低，且封裝尺寸和引腳數(shù)更少。該存儲器主存儲頁容量為4 Mb，共分為2 048頁，每頁容量為264字節(jié)，此外還具有2個(gè)264字節(jié)的緩存(BUFFERl、BUFFER2)，在主存被編程時(shí)仍可接收數(shù)據(jù)。它采用SPI串口模式0～3可與任何單片機(jī)或微機(jī)進(jìn)行通信，幾乎無需外接元器件。電路開發(fā)較為簡單，而且數(shù)據(jù)存儲量大，安全性較好。

1.3 16位A/D轉(zhuǎn)換器AD7705

模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇ADI公司的16位∑一△A/D轉(zhuǎn)換器AD7705。該器件提供雙三通道、低成本、高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。由于采用∑一△結(jié)構(gòu)并具有可編程增益放大器，應(yīng)用于低頻測量的模擬前端，可以直接接收來自傳感器的低電壓輸入信號，實(shí)現(xiàn)16位無丟失代碼并產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。當(dāng)電源電壓為3.3 V，基準(zhǔn)電壓為1.225V時(shí)，可處理O～10mV或O～1.225 V的單極性模擬輸入信號;雙極性模擬輸入信號范圍是±10 mV及±1.225V，無需外部儀表放大器，簡化了儀器硬件電路的設(shè)計(jì)。AD7705工作電壓為2.7～3.3 V，與系統(tǒng)CPUMSP430F449的3.3 V端口電壓兼容，可直接與MSP430F1449連接。AD7705的CMOS功耗極低，3 V電壓時(shí)最大功耗為1 mW。器件帶有節(jié)電模式，方便電池供電。AD7705能確保14位的準(zhǔn)確度，分辨率達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后4位，滿足系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)后3位的準(zhǔn)確性要求。在本儀器核心電路設(shè)計(jì)中，采用MSP430F449的并行口模擬SPI串行口時(shí)序，實(shí)現(xiàn)對AD7705的操作。在AD7705的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免在器件下布置數(shù)字信號線，否則會導(dǎo)致片內(nèi)噪聲成倍增加。同時(shí)，應(yīng)注意模擬地與和數(shù)字地在一點(diǎn)接地。

1.4 128×64 LCD顯示器

液晶模塊選用北京青云創(chuàng)新科技發(fā)展公司的LCMl28645ZK液晶模塊，顯示內(nèi)容為128×64點(diǎn)陣，外形尺寸為93 mm×70 mm×13 mm，視域尺寸為70.7 mm×38.8 mm，顯示類型為STN黃綠模式，正向顯示，控制器為ST7920，工作電壓3.3 V，和微處理器供電電壓兼容。該模塊自帶8 000多GBl、GB2中文漢字字庫，具有8位、4位并行編程模式和3線串行編程模式。引腳定義如表1所列。串行編程模式下所需I/O口線少，硬件連接簡單。本系統(tǒng)即采用串行編程模式。

手持式光譜儀是一種小型、便攜的分析儀器，它能夠通過光譜分析技術(shù)，快速測定物質(zhì)中的元素成分。儀德公司提供的斯派克手持式光譜儀，以其卓越的性能和便攜性，滿足了客戶對高科技實(shí)驗(yàn)室分析儀器的需求。

手持式光譜儀之所以重要，主要基于以下幾點(diǎn)：

即時(shí)性：能夠在現(xiàn)場快速得到分析結(jié)果，無需將樣品送至實(shí)驗(yàn)室。

無損檢測：分析過程中不會破壞樣品，適合貴重或不可再生材料的檢測。

操作簡便：用戶界面友好，簡化了操作流程，降低了專業(yè)門檻。

應(yīng)用廣泛：適用于金屬、礦石、土壤、環(huán)境、食品等多種樣品的分析。

儀德公司不僅提供這些高科技設(shè)備，還免費(fèi)為客戶提供工程技術(shù)、儀器購置、設(shè)備投資等方面的咨詢服務(wù)，確?？蛻裟軌虺浞掷眠@些設(shè)備，發(fā)揮其最大價(jià)值。

手持式光譜儀的工作原理通常包括以下幾個(gè)步驟：

激發(fā)樣品：通過內(nèi)置光源激發(fā)樣品，使其發(fā)出特征光譜。

光譜分離：利用光譜儀內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)將光譜分離成不同波長的光。

信號檢測：通過高靈敏度的檢測器捕捉不同波長的光信號。

數(shù)據(jù)處理：內(nèi)置軟件系統(tǒng)分析檢測到的光譜數(shù)據(jù)，確定元素成分。

結(jié)果輸出：將分析結(jié)果以圖形或數(shù)值形式展示給用戶。

手持測溫儀是一種便攜式設(shè)備，用于測量物體的溫度。它具有小巧輕便、操作簡單、準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

手持測溫儀采用非接觸式測溫技術(shù)，通常使用紅外線傳感器來探測物體的熱輻射。這意味著用戶無需直接接觸被測物體，可以在不干擾或污染其表面的情況下進(jìn)行溫度測量。這對于高溫、危險(xiǎn)或難以觸及的物體尤為重要，如熱液體、高溫機(jī)械部件或化學(xué)物質(zhì)等。

手持測溫儀具有快速反應(yīng)和高精度的特點(diǎn)。它們能夠迅速獲取目標(biāo)物體的溫度，并顯示在儀器屏幕上。通過精確的溫度測量，手持測溫儀可以幫助工作人員及時(shí)了解物體的狀況，從而避免潛在的問題或危險(xiǎn)。

它通常具有多種功能和特性，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。例如，一些測溫儀具備數(shù)據(jù)記錄和存儲功能，可以保存多個(gè)測量結(jié)果供后續(xù)分析;一些還具備閃光燈、激光指示器或瞄準(zhǔn)視窗等輔助功能，以提高測量的準(zhǔn)確性和方便性。