本文主要介绍了空气离子浓度测量仪的软件和硬件的设计与实现。其中硬件设计主要针对收集系统与电路的设计。该仪器采用电容法实现了离子浓度的实时监测。完成了仪器的主要性能指标：离子浓度测量范围10-107个/cm3,实时监测，高稳定性，较快的响应速度。本文针对空气离子的特性和作用进行了介绍说明，并对空气离子的测量原理进行了阐述。空气离子浓度测量仪主要分为收集系统、测量系统、控制系统三大部分。在收集系统的设计中，本文对平板式、格栅式等四种收集系统的优缺性的进行了对比分析。并论述了平行板式、圆筒式、球型收集系统的电场强度及电压、电容的关系。针对平行板式和圆筒式收集系统的边缘效应进行了分析。由于圆筒式和流线型收集器在实质上都是同轴式电容器，因此针对同轴式电容器进行分析。在理论上对同轴式电容器的筒长、内外半径的最佳比进行了论述，最终确定了收集系统的基本模型——流线型收集器。对于流线型收集器的入口设计中，采用fluent软件分别对圆形入口和矩形入口进行了对比分析，最终确定最佳入口形状。最后采用fluent软件对新型收集系统的整体结构进行了模拟，得到了收集系统内部的速度场分布图。从模拟图来看,其效果达到了最佳，摩擦阻力达到了最小值，避免了空气绕动对浓度测量的影响。在测量系统的设计中，离子浓度转换的电流信号为fA-nA级，信号及其微弱，为避免信号被噪声淹没，文中选用阻抗为1015Ω的精密的仪器仪表放大器INA116。该仪表放大器具有阻抗高、低温漂、低偏置电流等特点。文中采用自动增益可调的设计思路。通过仪表放大器、单片机、数字电位器完成了I-V电路转换及放大电路的设计。该方案提高了增益的可调范围。与模拟电位器相比更大程度上的降低了噪声干扰。在测量中噪声是影响测量精度的一个重要因素，而运放和电阻中存在固有噪声。文中采用二端口网络的方法建立了前置放大电路的噪声模型，并对其进行了分析。最终得到了运放和电阻中存在的固有噪声经放大后的输出噪声，并提出了噪声最小化方案与措施。为避免电源噪声影响信噪比，文中对稳压电源模块进行了设计。分别设计了15V、3V、3.3V稳压模块。这些模块分别为放大器、单片机、ADC提供稳压信号。在控制系统的设计中，实现了对程控增益放大电路、离子极性转换、极化电压等的控制。采用带可编程增益放大器的12位精度的ADC对放大信号进行数模转换，提高了离子浓度的测量精度。针对C8051F020中自带的ADC具有单端电源供电的特点，及空气离子浓度的极性为双极性，其转换的电压值为双极性。通过对ADC电路的设计实现了单端电源供电的条件下实现了双极性的模数转换。在报警电路的设计中，通过比较器与预先设定的电压值进行对比，来判定空气离子的浓度，低于预定值是，报警器开启，此功能为环境优差提供了一个的参考。最后对仪器各项性能进行了测试，测试结果达到预计要求。