基于ARM-Linux的智能近红外光谱仪软硬件设计

摘要

随着近红外光谱分析技术在农业、食品、制药、石油化工等领域越来越广泛的应用，近红外光谱分析仪器因其具有无污染、无损、效率高、测试速度快等优势而被众多分析工作者接受和使用。然而，分析领域对光谱仪器的要求也越来越高，在能够保证测试准确、稳定的基础上，还希望它能更加智能化，这也是未来光谱仪器的发展方向之一。
　　本论文针对光谱仪器的智能化发展需求，将近红外光谱分析技术和嵌入式智能技术相结合，设计并构建了基于ARM微处理器和嵌入式Linux系统的近红外光谱仪。该光谱仪系统由前端光学系统、信号采集和处理系统、控制系统及相应的软件系统三大部分组成，后面两个系统是本论文主要的研究对象。
　　在信号处理上采用锁相放大技术，研究了锁相放大器的信号通道、参考通道及相关的电路设计，实现了锁相放大器参考通道相位可在0～360°范围内可调节。
　　在嵌入式 ARM平台上搭建了嵌入式 Linux系统环境，重点分析了在嵌入式 Linux平台上S3C6410的串口通讯和SPI通讯的驱动程序及应用程序的设计。
　　设计了Qt_Embedded人机交互界面，该界面软件包含光谱仪相关参数的设定、数据的采集、图形的绘制、数据的保存及分析处理等功能。
　　最后结合光学系统和后端软硬件系统完成了光栅扫描型近红外光谱仪的搭建，通过简单的触屏控制对整机系统进行了简单的测试，为光谱仪的智能化发展提供了研究基础。

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1 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 近红外光谱仪的国内外研究现状及发展趋势

1.3 嵌入式智能仪器概述

1.4 论文研究的意义及主要研究工作

2 系统总体结构

2.1 系统整体方案及技术指标

2.2 光学系统

2.3 电学系统

2.4 光谱预处理算法

2.5 本章小结

3 硬件平台的搭建与开发

3.1 PbSe光电探测器

3.2 信号处理模块的设计

3.3 ARM嵌入式控制模块

3.4 本章小结

4 软件系统的设计与开发

4.1 软件总体流程

4.2 嵌入式Linux系统环境搭建

4.3 Linux驱动程序的设计

4.4 Qt_Embedded人机交互界面的开发

4.5 本章小结

5 系统测试与分析

5.1 系统概况

5.2 光谱仪功能调试

5.3 光谱仪基线稳定性测试

5.4 光谱仪波长准确度测试

5.5 光谱仪吸光度重复性测试

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录