基于ARM11和Linux操作系统的便携式伽马能谱数据采集系统

摘要

人类在进行石油勘测、探索珍贵矿产的时候，野外地表土壤和岩石，存在着大量无法预见的γ辐射，野外γ射线能谱勘测正是由此出现的一种核地球物理方法。福岛核电站事故以后，我国公民开始重视居民生活区和建筑物内部装修的放射性污染检测。
　　当前γ能谱仪多采用单片机作为核心控制器，片外扩展大量数据SRAM、程序EROM和地址译码锁存元件，通过RS-232串口外接PC作为上位机。采用汇编语言来编写固件程序，而在PC上用直接驱动的编写方式进行一些必要的应用程序编写。但作为便携式能谱仪，它对便携性、集成化、低功耗有很高的要求。嵌入式技术的出现恰恰满足了这些要求，软硬件可裁剪，拥有以往任何一款处理器的体系架构所无法比拟的优势。
　　GPS(Global Position System)作为一种卫星定位系统，现已被全球大部分国家使用，卫星定位系统慢慢已融入人们各项生产活动，如测绘、户外数据采集、车辆导航，旅游。GPS在核探测方面同样具有重要意义，可以对核信号进行定时和定位，便于数据的后续分析。
　　本论文运用最新的嵌入式技术，搭建ARM-Linux嵌入式开发平台，构建一个可以进行多任务、实时性强、低功耗的便携式γ能谱仪。首先完成了多道脉冲幅度分析器脉冲采集电路的设计，然后编写了A/D转换驱动模块和多道脉冲幅度分析器接口驱动函数，并利用QT/E库完成了能谱数据的处理和显示的软件。在此基础上，结合GPS模块，实现了能谱仪时间的捕捉和空间的定位。GPS扩展了能谱仪的功能，弥补了传统核探测装置存在的一些缺陷。将采集到的数据和测试地点的地理位置信息自动联系起来，不仅实现了辐射的监测，方便得到核事故的污染分布，同时也可以用于野外矿土的勘探。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外发展现状及研究动态

1．3 研究目标

1．4 主要研究内容

第二章 采集系统总体设计

2．1 系统选型及依据

2．2 嵌入式操作系统的选择

2．2．1 常用嵌入式操作系统的比较

2．2．2 操作系统选型

2．3 嵌入式处理芯片的选择

2．3．1 常用嵌入式处理器的比较

2．3．2 处理器芯片选型

2．4 嵌入式存储器的选择

2．5 嵌入式文件系统的选择

2．5．1 常用嵌入式文件系统的比较

2．5．2 文件系统的选型

2．6 嵌入式GUI系统的选择

2．6．1 基于Linux的GUI系统的底层实现

2．6．2 常用嵌入式GUI的比较

2．6．3 嵌入式GUI系统的选型

2．7 系统总体设计方案

第三章 系统硬件设计

3．1 开发板总体设计

3．1．1 S3C6410微处理器

3．1．2 NAND FLASH存储器

3．1．3 DDR存储器

3．1．4 UART接口

3．1．5 LCD触摸屏接口

3．1．6 复位按键

3．1．7 RTC电路

3．1．8 JTAG接口电路

3．1．9 GPS模块

3．2 数据采集硬件电路设计

3．2．1 线性脉冲放大电路

3．2．2 多道幅度分析器原理

3．2．3 多道幅度分析器设计电路

3．2．4 数据采集电路工作流程

3．2．5 制作数据采集电路板

第四章 系统的软件设计

4．1 Linux操作平台的移植和搭建

4．1．1 引导加载程序u-boot

4．1．2 嵌入式Linux操作系统内核

4．1．3 嵌入式文件系统

4．2 Linux下系统驱动程序开发

4．2．1 Linux设备驱动开发流程

4．2．2 模块化驱动设计

4．2．3 多道分析仪模块驱动

4．2．4 GPS模块驱动

4．3 基于QT／E的γ能谱处理分析软件

4．3．1 QT编程概述

4．3．2 QT／E的移植

4．3．3 γ能谱程序设计

第五章 实验结果与分析

5．1 多道脉冲幅度分析器的测试

5．2 γ射线谱的绘制

5．3 能量标定及分辨率的测定

5．4 GPS模块测试结果

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文