基于ARM的数字微镜光谱仪信号采集与处理系统的研究

摘要

本论文以实验室研制的用于食品安全监测的数字微镜光谱仪原理样机为研究对象,以ARM为基础,研究了其光谱信号的采集和处理,提出对其进行嵌入式设计的方案,使得光谱仪集探测、采集、显示、分析于一体,系统整体固定。使得食品安全监测仪摆脱实验室分析的限制,实现真正的现场监测,进而解决食品安全隐患,推动食品安全监测事业的发展。主要内容包括:
　　①总结了数字微镜光谱仪信号采集系统以及信息处理方法的国内外现状,讨论了各种方案存在的主要问题,从而针对实验室数字微镜光谱仪确定本论文的主要研究内容;
　　②分析了目前流行的几种处理器、操作系统以及开发环境,针对实验室数字微镜光谱仪完成了具体的选型分析,确定了本论文的整体设计方案,制定了相应的技术路线;
　　③针对实验室光谱仪确定了基于ARM的数字微镜光谱仪的信号采集方案;研究了ADC转换原理,结合OK6410开发板以及光谱仪需求确定各项指标参数;完成了OK6410开发板的ADC底层流驱动以及采集中断控制的程序设计;完成了采集调理电路的设计;
　　④对传统的哈达玛变换信号处理算法进行改善,提出互补S矩阵编码算法,通过建模分析,重点研究了互补S矩阵在噪声改善以及能量提升两个方面的优势;
　　⑤根据光谱仪应用界面的要求,完成基于ARM的数字微镜光谱仪专用软件设计,实现文件基本操作、光谱信号处理及显示功能,并对专用软件各模块测试,均符合要求;
　　⑥搭建实验平台,对信号采集调理电路以及OK6410开发板采集模块进行了测试,结果表明,实现了锁相斩波功能,同步信号触发采集的功能实现正确,采样速率为478SPS,满足设计要求;进行了噪声以及能量分析实验,结果表明互补S矩阵编码较S矩阵编码信噪比提升了约2.05倍,能量提升了约2倍。