近红外光谱分析技术因其快速、无损、无污染等特点成为近年来发展非常迅速的一种光谱分析测试技术,近年来在农牧、食品、化工、医疗、制药、烟草等领域得到了迅速广泛的推广应用。随着科技的不断发展,近红外光谱仪逐渐微型化、便携化,但与国外相比,我国便携式微型近红外光谱仪器市场发展较晚,且大部分存在续航时间较短,能耗较高等问题。为此对便携式微型近红外光谱仪进行降耗的研究,对推动我国微型近红外光谱仪器的发展有深远的意义。课题在无锡迅杰光远科技有限公司的IAS5000微型近红外光谱仪的基础上以延长续航时间以及降耗为目的设计了新的优化系统,研究从硬件系统的元器件选型、电路的设计、操作系统平台的搭建以及软件的功能设计等多方面开展,设计了系统休眠、停止和待机的3种低功耗工作模式,有效地降低了系统整体能耗,延长了续航时间;并对改进后的近红外光谱仪系统进行了相关的性能试验与能耗试验,进一步验证系统的实用效果。主要研究内容如下:1.分析了近红外光谱分析技术和仪器工作原理,对仪器的基本结构、低功耗模式与工作模式之间的快速转换以及电路的优化设计等降耗的主要节点进行了详尽的分析,综合制定了包括硬件系统设计和软件功能实现、降耗改进设计在内的总体系统方案。2.设计了近红外光谱仪的常规工作、休眠、停止以及待机4种工作模式状态下的各主要器件的合理运行方案。以STM32F407ZGT6为下位机微控制器,设计了近红外光谱仪硬件系统,采用USB和蓝牙两种通讯方式,优化了电源输入及电池模块以保证输出稳定的电压,避免不必要的能耗;采用双向Buck-Boost开关变换器,进行电池充放电;同时对外设器件进行重新选型及工作模式的配置以配合系统降耗;设计了温度传感器模块、可调光源模块配合工作,并形成了合理的运作机制。3.设计了近红外光谱仪软件系统,包括下位机的微控制器程序和Android手机客户端程序两个部分。下位机微控制器程序实现与上位机返回数据的接收与判断,实现调节光源强度、配置步进电机与调速风扇工作方式、读取传感器温度等功能并在完成操作后进入对应工作模式;上位机Android手机客户端程序控制实现仪器自检、扫描参数设置、光谱扫描、光谱显示以及唤醒等功能。4.针对暗电流、基线漂移、稳定性、光源稳定性以及吸光度重现性等多方面性能进行了性能试验与分析,具体的试验结果:暗电流相对标准差在0.0025~0.0067 AU之间,基线相对标准差在0.0003 AU左右,稳定性相对标准差小于0.0005 AU,光源在开启2.0 s~2.5 s内稳定,系统稳定性较高。能耗测试结果显示,硬件上有10%的降耗,正常工作模式较改进前平均每小时节能0.0128 kW·h,新系统停止模式较休眠模式平均每小时节能0.0137 kW·h,系统在待机模式下功耗将降至微瓦级,正常工作模式下续航时间约有2.5h的延长,停止模式下续航时间可延长至10h。研究进行降耗改进设计的近红外光谱检测系统各性能指标达到设计要求,试验验证系统能耗有明显降低,续航时间有显著延长,对推动近红外光谱仪器的微型化有着积极意义。