依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心，DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件，正温度系数（PTC）效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID（Proportional Integral Derivative）控制算法输出不同占空比的脉宽调制波，控制辐射冷却材料温度和环境温度保持一致性，同时利用3D打印工艺完成装置的搭建，最终测算出辐射制冷功率。实验结果表明，系统测量计算的辐射制冷功率与理论预测值接近，该系统可以有效满足多种辐射冷却材料的测量。

电子雷管是爆破工程领域目前采用的主要起爆方式, 但因其具有高危险性和特殊管控要求, 无法在课堂教学和实验教学中使用, 亟待研发一种安全可靠且可重复使用的模拟器材。基于STC15单片机, 设计与调试了教学用模拟电子雷管, 借助3D打印技术, 制作了模拟电子雷管, 并成功应用于雷管检测和起爆网路模拟实验教学。研究表明: 模拟电子雷管主要由电源电路、雷管模拟电路和PCB板构成, 由雷管一端伸出一对引线连接电源, 通过电源电路给单片机控制芯片、驱动电路及声光模拟器件供电, 通电后单片机控制芯片可以按照写入的程序驱动声光模拟器件模拟电子雷管工作, 从而实现了延期爆破时间可调节、爆破真实场景可模拟、内部结构可直观观测以及串并联稳定运行等功能; 通过实验教学, 让学生了解了电子雷管的结构和特性, 掌握了雷管性能检测方法和起爆网络连接方法, 充分调动了学习“爆破安全”课程的积极性, 充分发挥了主观能动性, 有效提高了实操能力, 实验教学效果良好。

近红外波段(NIR, 波长范围: 780～2 500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、 快速检测、 结果稳定可靠等优点, 在工业现场检测领域有着广泛的应用。 由于近红外光谱分析系统受温度影响较大, 传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对探测器制冷, 光路部分仍然会受到温度影响产生波长漂移等测量误差。 此外, 系统也多采用PC计算机来进行数据采集和控制, 并通过配备独立的工业通讯模块实现光谱分析系统与产线总控系统的通讯, 不仅增加了设备成本与体积, 也显著降低了系统的稳定性。 针对这些问题, 基于STM32单片机开展了在线恒温光谱分析系统研制与测试。 系统采用STM32单片机来控制近红外光谱仪, 通过设定和修改采集间隔时间并采集光谱数据, 对光谱数据进行预处理, 来计算得到目标样品的理化指标。 对于温度控制, 开发了在STM32单片机上运行的基于比例-积分-微分(PID)控制算法的恒温控制系统, 对光谱仪整体(包含光路和电路部分)实现了闭环恒温控制。 同时, 开发了基于STM32单片机的工业通讯接口(包含Modbus协议通讯和4～20 mA电流信号通讯)。 系统实验测试结果表明, 该设计能够长时间稳定运行, 并有效降低了环境温度变化对光谱数据带来的干扰。 在长达48小时的系统运行过程中, 光谱仪温度稳定控制在5 ℃左右, 温控精度优于0.25 ℃。 相对于未恒温控制的运行模式, 恒温控制条件下的平均吸收光谱强度相对标准差显著减小, 并实现了数据采集、 预处理、 样品理化指标计算、 工业信号通讯及温度控制的一体化设计, 以满足工业现场在线检测需求。

压电陶瓷驱动电源是微位移系统的关键组成部分。为了满足系统对高稳定性、高精度的应用需求，该文设计了一种基于PB58高压运放的新型驱动电源，采用STM32单片机控制输入信号，接收并监控输出信号状态。采用反馈零点补偿和噪声增益补偿相结合的方式提高了放大电路的稳定性。对搭建完成后的系统进行测试分析，最终证明该电源系统具有稳定性高，响应速度快，输出功率大的特点。

半导体激光器输出的精准性和稳定性受温度的影响较大,温度的变化会导致半导体激光器阈值电流、电光转换效率和波长大小变化,进而影响输出功率。为了实现半导体激光器在设定温度条件下正常工作,设计了单片机为核心控制元件,热电制冷器(TEC)和PTC加热器为执行元件,AD590温度传感器和铂电阻PT1000为温度检测元件的温度控制系统,通过论域可变的模糊比例-积分-微分(PID)控制算法输出不同占空比的脉冲宽度调制波对温度进行控制。通过仿真分析,此控制算法不仅可以减小系统超调量,也具有很强的鲁棒性。最后实验结果表明,在-12~120 ℃的控温范围内,可以达到系统所要求±0.1 ℃的控温精度,并在250 s内达到预设温度。

利用NPB为空穴传输材料，Alq3为电子传输和发光材料，研制成功结构为ITO/NPB(50 nm)/Alq3(60 nm)/Al(100 nm)的绿色发光OLED显示器件。运用STM32F103C8T6单片机模块、HC-06蓝牙模块、时钟电路模块、复位电路模块和电源模块构成无线蓝牙控制系统，引入OLED显示器件作为信息传输的人机界面显示模块，将用户要发布的信息通过手机APP编辑、蓝牙传输的方式传递到系统的显示面板。该面板的蓝牙控制系统由三个子模块组成：第一子模块是以51单片机为主的信息处理核心；第二子模块是蓝牙模块；第三子模块是安卓智能手机APP部分。整个系统具有多个优点：(1) OLED显示器件自发光、对比度高、厚度薄、广视角、反应速度快；(2) 如果需要修改OLED显示器件需要显示的内容，只需要通过手机软件连接OLED显示器件，就能对其进行实时无线修改。

基于红外光谱吸收型的气体传感器是目前最为有效、应用最广泛的瓦斯浓度测试方案。本文基于红外分子光谱学原理, 采用MEMS红外收发组件作为气体敏感部件,首先对红外气体传感器的基本原理进行了分析, 得到了探测器红外感光特性与气体浓度变化的关系, 采用C8051F040单片机作为控制核心, 完成了气体传感器总体方案设计, 提出了具有带通放大功能的信号调理电路以实现噪声抑制, 有效提高检测信噪比; 针对气体传感器的信号检测电路, 从硬件层面进行了详细的叙述, 主要包括电源管理、驱动控制、CAN总线通信、数据采集处理及控制等功能模块, 描述了信号软件设计流程和方法; 最后, 完成了信号检测电路搭建和传感器样机研制, 进行了常温条件下的CH4浓度测试, 测试结果表明研制的气体传感器测试数据与之前的分析结果完全一致, 具备高精度、微型化、低功耗的技术特点。