基于嵌入式气体检测系统软件设计及浓度检测算法研究

摘要

在日常生活中，无论是人们居住的房屋还是驾驶的汽车，空气污染几乎随处可见，人类的生命健康受到严重威胁。人们迫切需要一种检测系统，对环境空气质量进行快速准确的检测和评估。另一方面在医学领域，对人体呼出气体进行检测，可以实现无创快速的疾病早期筛查，但是要达到这一目的，同样需要一种快速准确、灵敏度高、选择性强的气体检测系统。目前，气体检测系统的研究与开发愈来愈受到学者们的关注，而采用卟啉传感器阵列（PSA）芯片的气体检测技术则是近年来该研究方向的热点内容。该方法较传统的方法而言，具有诸多明显的优势，能够满足快速准确灵敏的检测需求。
　　本文采用PSA芯片作为气敏传感器，在Linux平台上设计开发了一套PSA图像采集处理软件，并成功的移植到ARM平台上，构建了完整的气体检测系统。接下来以氨气为检测对象进行了数据的采集和处理，并对气体浓度的定量分析模型进行了研究。最后通过实验对模型的有效性和正确性进行了验证。
　　本文的研究内容主要有以下几个方面：
　　①采用统一建模语言UML，对系统需求、系统模型以及系统设计进行详细描述。
　　②搭建嵌入式软件开发环境。完成人机交互界面的开发，并移植到目标设备上。
　　③以氨气的实验为例，采用开发完成的气体检测系统，实现PSA芯片反应图像的采集与处理。详细分析影响数据采集的各种因素。
　　④基于时间响应曲线的最大曲率点对采集到的数据进行分析和特征提取，并建立氨气的浓度定量检测模型，采用该模型进行气体浓度定量检测。针对时间响应曲线的延时或超前对测量结果的干扰，选择平移的方法减小干扰。通过对氨气和丙酮的实验证明该模型的有效性，并给出该模型的适用范围。

目录

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 气体定量检测方法的概述

1.3 基于卟啉传感器阵列的定量检测算法

1.4 嵌入式系统概述

1.5 论文的研究目的及研究内容

2 卟啉传感气体检测系统的软件设计

2.1 基于卟啉传感器阵列的气体检测原理

2.2 气体检测系统的框架

2.3 气体检测系统的软件开发方法概述

2.4 气体检测系统需求

2.5 气体检测系统模型

2.6 气体检测系统设计

2.7 本章小结

3 气体检测系统的软件开发与移植

3.1 开发环境的搭建

3.2 界面设计

3.3 应用程序的移植

3.4 本章小结

4 实验数据的采集及预处理

4.1 数据采集及预处理流程

4.2 采集前准备

4.3 图像采集与处理

4.4 实验数据预处理

4.5 数据采集影响因素的分析与解决

4.6 本章小结

5 浓度定量检测模型

5.1 浓度定量检测概述

5.2 浓度定量检测模型的建立

5.3 对氨气进行浓度检测

5.4 时间响应曲线的矫正

5.5 时间响应曲线矫正后的浓度检测

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录