基于嵌入式Linux系统的实时光学膜厚监控仪的数据采集与处理

摘要

90年代以后，显示技术和光通信技术的迅猛发展和逐渐的产业化，对光学薄膜的发展起到很大的促进和推动作用。人们对光学薄膜的性能提出了更高的要求，从而也对薄膜制造的监控精度提出了更严峻的挑战。 目前，国外知名镀膜机厂商销售的都是全自动镀膜机，这类镀膜机具有较高的监控精度，而且完全实现了监控的自动化。但是，目前市场上的国产镀膜机均还需要人工操作，自动化程度很低，监控精度也较差。 实验室现有ZZSX-500型真空镀膜机一台(2001年从北京仪器厂购进)，其中包括CA-6E监控单元。CA-6E监控单元采用的是8位的A/转换卡，基于光电极值法，使用数码管实时显示膜厚的监控信号大小。由于膜厚监控信号在极值点附近变化比较缓慢，所以通过人工来观察极值点的到来，精度很难保证，且往往会造成误判。为此，我们提出并自行设计了“基于嵌入式Linux系统的实时膜厚监控系统”，初步实现了膜厚监控的自动化、仪器化、网络化，并且提高了监控的精度和稳定性。 实验采用了HHARM2410嵌入式Linux系统作为本次开发的数据采集、控制、处理和显示平台。HHARM2410为一台采用S3C2410处理器、提供RS232接口、10M/100M自适应以太网接口、TFT LCD显示屏，安装有Linux操作系统的软硬件开发平台，其功能相当于一台装有RedhatLinux，带有串口的PC机。 在实际的监控信号采集过程中，由于试验系统、现场等客观因素的影响，采集到的监控信号中含有大量的“无用信号”。课题利用了CA-6E监控单元的电路处理能力，从监控单元引出记录输出信号。为了提高光电极值法的监控精度，首先对监控信号进行了模拟低通滤波和放大，去除了工频干扰和其它的高频干扰，得到适合A/D转换器的监控信号；然后利用S3C2410的信号处理能力，对A/D转换后的数字信号进行平滑滤波、剔除奇异项等处理，得到了比较理想的监控信号曲线，提高了极值点的判断精度(显示和网络化模块由其他两位同学完成)。 I/O驱动作为嵌入式操作系统的一个组成部分，对于嵌入式操作系统的应用起着关键的作用。嵌入式系统中I/驱动的目标是为硬件输入输出设备提供一个抽象层，以便应用软件在更高层按照统一的风格来访问设备。S3C2410处理器自带有10位、8通道的A/D转换器，为了利用S3C2410的A/D转换器来实现数据采集(10位的A/D转换同时也提高了转换精度)，必须为其编写A/D驱动程序，以便应用程序能够识别、使用A/D转换器。嵌入式Linux I/O驱动程序的编写涉及到大量与操作系统相关的计算机知识，并且要对相应的I/O硬件结构功能要有比较详细的了解。 本课题建立了一套光学薄膜厚度实时监控系统，它可以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。实践表明，该套膜厚监控系统具有很强的实用性，同时具有较高的稳定性和可操作性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章光学薄膜的基本理论

第三章嵌入式Linux系统平台的操作与开发

第四章数据采集系统

第五章Linux系统下的I/O驱动

第六章采样数据的预处理

第七章监控系统调试与实验结果分析

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

附录