基于ARM的单细胞分析仪进样定位控制方法研究与软件设计

摘要

单细胞分析仪器作为跨学科研究的前沿热点，在国内和国外都受到广泛的关注。该类仪器对于研究单个细胞的化学信息具有重要作用，可以帮助探索生命活动的规律。并且在医疗诊断、疾病治疗、细胞病理分析上也具有积极的意义。因此，分析仪器性能的好坏对细胞分析的结果起到基础和关键的作用，对其进行的研究也是很有必要的。
　　本文中涉及的单细胞分析仪器具有多功能多检测模式的特点，其主要分析操作都基于微流控芯片，对于细胞的化学信息和形态变化的采集主要采用光学成像的方式，因此需要借助仪器的进样定位控制系统，将微流控芯片中的细胞定位到物镜的观测区域中。同时研究人员可以根据需要在检测分析中对细胞位置进行细微调整。本文围绕单细胞分析仪的进样定位控制开展了如下研究:
　　(1)对嵌入式技术在单细胞分析仪中的应用进行了研究，结合仪器的功能特点和嵌入式控制系统的自身要求，研究了嵌入式处理器各个架构以及嵌入式操作系统，最终确定了本文中使用的软、硬件平台。
　　(2)详细研究了嵌入式系统的开发流程，包括ARM9处理器平台的硬件资源;开发环境的搭建以及开发工具的安装移植;嵌入式Linux系统的Bootloader和内核移植以及根文件系统的制作。
　　(3)在研究一般仪器控制方法的基础上，对RBF神经网络PID控制算法在单细胞分析仪进样定位控制上的应用进行了深入研究，并针对算法的不足采用遗传算法进行优化。通过SIMULINK建模，对控制方法进行仿真对比分析，结果显示所设计的控制方法实现了较好的定位效果。
　　(4)针对单细胞分析仪进样定位控制的需要，研究了嵌入式平台下触摸屏软件的开发，设备驱动程序的设计编写。完成了嵌入式Webserver服务的移植并开发CGI程序以实现网页作为上位机对系统进行控制，最后在硬件平台进行系统的功能验证。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 单细胞分析仪的结构及研究现状

1．1．2 进样定位系统完成的工作

1．2 嵌入式技术在仪器进样定位中的应用

1．2．1 嵌入式系统的定义

1．2．2 嵌入式技术的发展现状和趋势

1．2．3 基于嵌入式的仪器进样定位

1．3 本文主要研究工作和结构安排

第2章 单细胞分析仪进样定位控制系统方案设计

2．1 进样定位系统硬件平台选择

2．1．1 ARM处理器

2．1．2 S3C2440处理器简介

2．2 进样定位系统软件平台选择

2．2．1 嵌入式操作系统

2．2．2 嵌入式Linux操作系统

2．3 嵌入式GUI

2．4 混合式步进电机

2．4．1 混合式步进电机细分驱动

第3章 单细胞分析仪进样定位控制系统开发平台设计

3．1 建立PC端Linux开发环境

3．2 嵌入式Linux平台搭建移植

3．2．1 引导加载程序(Bootloader)移植

3．2．2 内核(Kernel)移植

3．2．3 根文件系统(Root filesystem)制作

3．3 Qt(Qtopia)图形化界面移植

第4章 单细胞分析仪进样定位控制算法研究与仿真

4．1 遗传算法

4．1．1 遗传算法基本概念

4．1．2 遗传算法优化操作流程

4．2 神经网络

4．2．1 神经网络控制

4．2．2 RBF神经网络

4．3 遗传算法优化的RBF神经网络PID控制器设计

4．3．1 增量式PID控制方法

4．3．2 控制器学习算法

4．3．3 控制器参数整定方法

4．3．3 遗传算法优化RBF神经网络参数

4．4 单细胞分析仪进样定位控制算法matlab建模与仿真研究

第5章 单细胞分析仪进样定位控制系统软件设计与实现

5．1 基于Qt的触摸屏软件设计

5．1．1 软件界面设计

5．1．2 程序设计

5．2 基于Webserver的上位机设计

5．2．1 嵌入式Webserver

5．2．2 公共网关接口CGI

5．2．3 Boa服务器移植

5．2．4 Webserver网页与CGI程序设计

5．3 Linux下设备驱动程序设计

5．3．1 驱动程序结构

5．3．2 步进电机驱动程序实现

5．4 遗传算法优化的RBF神经网络PID控制器实现

5．5 单细胞分析仪进样定位控制系统软件测试

5．5．1 硬件平台

5．5．2 上位机软件网络配置

5．5．3 软件测试

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果

致谢

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