基于嵌入式Linux的光学膜厚监控系统的研究

摘要

近年来，光学薄膜的应用领域不断扩大，人们对光学薄膜性能的要求也在不断的提高。而光学薄膜厚度决定性地影响着光学薄膜的性能，因而准确控制光学薄膜厚度就成为制备光学薄膜的关键技术。目前国外的先进镀膜设备普遍实现了基于单点高精度监控或者宽光谱扫描监控的自动控制，而国产设备大部分还停留在老式的极值法监控阶段，还需要人工进行操作。由于操作者工作时带有人为的主观性和经验性，要及时准确判别关闭挡板的时间比较困难，难免误判，很难保证镀膜的质量和薄膜元器件的性能。 嵌入式Linmx以稳定、高效、易定制和易裁减，硬件支持广泛以及独具的免费，开放源代码的特征，在工业控制领域中有着广泛的应用；ARM微处理器是一个低功耗、低成本、高性价比的32位RISC嵌入式处理器。本课题提出了以ARM为处理器，以嵌入式Linux为操作系统的光学膜厚监控系统的设计思想，实现光学膜厚监控系统的数字化和仪器化，克服了以往监控系统的自动化程度低、分辨率不高、信号处理能力差、极值点难以判断、操作者劳动强度大等问题，它的主要特点体现在： 1．采用嵌入式系统的开发方法来设计光学膜厚监控系统，极大地提高了光学膜厚监控系统的性能。 2．设计了低通滤波、放大电路，去除了采样信号的工频干扰和其它的高频干扰，并对采样信号进行了放大，得到适合ADC采样的信号。 3．利用面向实时嵌入式系统的自由软件-MiniGUI，建立了良好的图形用户界面实现了用户命令的输入、采样信号的显示以及极值点信息的显示等功能。 4．在深刻理解光电极值法原理的基础之上，利用现代信号处理技术设计了一种新的极值点判断算法。 实践证明，本课题建立的光学膜厚监控系统具有很强的实用性、较高的稳定性以及可操作性，可与国产镀膜机配套使用，初步实现国产镀膜机薄膜制备过程的自动化。同时由于该系统硬件平台采用以ARM为核心的架构，应用程序软件建立在嵌入式Linux操作系统之上，系统的软硬件都有很好的扩展性，为后续开发打下了坚实的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2光学膜厚监控技术的进展

1.3嵌入式系统概述

1.3.1嵌入式系统的构成

1.3.2嵌入式系统的特点

1.3.3嵌入式系统的发展历程

1.4课题的主要研究内容

第二章极值法监控原理

2.1极值法的物理原理

2.2极值法监控原理

2.3极值法控制的精度

2.4极值法控制的技巧

2.5本章小结

第三章系统硬件平台设计

3.1系统硬件平台总体设计

3.2嵌入式微处理器

3.2.1 ARM微处理器介绍

3.2.2基于ARM920T内核的S3C2410X

3.3信号处理模块

3.3.1仪用放大器电路组成和原理

3.3.2滤波放大电路的实现

3.4数据采集模块

3.5 LCD及触摸屏模块

3.5.1 LCD显示模块

3.5.2触摸屏模块

3.6本章小结

第四章系统软件结构研究

4.1嵌入式Linux的特点

4.2系统的软件结构

4.3嵌入式Linux内核的移植

4.3.1 Linux内核简介

4.3.2移植过程简介

4.3.3内核的定制(裁减)

4.3.4内核的编译

4.4应用程序的开发

4.4.1建立宿主机开发环境

4.4.2应用程序开发模式

4.5应用程序进程间的同步与通信

4.6本章小结

第五章系统图形用户界面开发

5.1嵌入式图形用户界面简介

5.2 MiniGU1的特点及移植

5.2.1 MiniGUI的特点

5.2.2 MiniGU1的移植

5.2.3交叉编译MiniGUI

5.3 MiniGUI的编程基础

5.3.1 MiniGUI1.3.3的运行模式

5.3.2事件驱动和消息机制

5.3.3窗口过程函数

5.4光学膜厚监控界面的实现

5.5本章小结

第六章数据处理及极值点判断算法研究

6.1数据处理

6.1.1剔除奇异项

6.1.2数字滤波

6.1.3 FIR数字滤波器的设计

6.2极值点判断算法研究

6.3本章小结

第七章系统测试与实验结果分析

7.1系统测试

7.1.1光源稳定性测试

7.1.2滤波器性能测试

7.1.3极值点判断算法测试

7.2影响薄膜特性的几种主要工艺因素

7.3真空镀膜实验及实验结果分析

7.3.1真空镀膜实验

7.3.2实验结果分析

7.4本章小结

总结与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见