基于ARM+μCLinux的智能乙醇电子鼻系统的研究与实现

摘要

基于电子鼻技术和嵌入式技术的智能乙醇电子鼻系统是针对乙醇气体浓度检测的集成系统，可以在规定的温度、湿度和气压条件下，分析测量出气体中乙醇含量，具有广阔的应用前景。本文中智能乙醇电子鼻系统的研制涉及到测量人体肺深部气体中的乙醇含量，即呼出气体中的乙醇含量BrA.(breat.alcoho.concentration)，然后根据比例关系得出人体血液中的乙醇含量BAC(bloo.alcoho.concentration)，本文的研究内容如下：
　　 第一章提出了课题来源及研究意义；在此基础上分析电子鼻技术和嵌入式技术的国内外研究现状，涉及到乙醇电子鼻、气敏传感器，以及嵌入式操作系统等技术；然后根据这些技术特点，确定了本文的研究内容和实施路线；最后，给出了论文的框架结构。
　　 第二章分析系统需求，结合嵌入式技术理论，确定系统硬件方案和软件方案；在硬件方案中涉及到信息的处理、存储、通信等，在软件方案中涉及到嵌入式操作系统、文件系统、GUI系统的选择；对于乙醇电子鼻传感器方案，详细论述了乙醇燃料电池的工作过程及原理；最后，制定了智能乙醇电子鼻系统的总体技术及实施方案。
　　 第三章着重阐述了系统的硬件设计过程，采用模块化思想，分阶段、分步骤地设计了硬件电路：分别从中央处理单元、信息采集及预处理、数据显示及报警、数据通信、数据存储、人机交互这六个方面，详细描述了硬件电路的工作过程和原理；至此，搭建出了硬件平台。
　　 第四章主要描述了系统的软件设计过程，按照软件开发的流程，从系统引导代码BootLoader的编写，到嵌入式操作系统μClinux的移植，再到文件系统JFFS2的移植，最后到MiniGUI图形库的移植，都一一详细论述了实现过程；至此，搭建出了系统的软件平台。
　　 第五章基于搭建的软件平台，阐述了系统相关驱动程序的开发过程、操作界面和应用程序的设计过程，给出了系统的界面图与操作流程图，明确体现了系统的功能模块；至此，完成了智能乙醇电子鼻系统的驱动及应用程序开发。
　　 第六章和第七章，针对智能乙醇电子鼻系统的测试分析，搭建了系统测试平台，指定了符合本系统的测试指标及标准；对测试结果进行详细分析和对比，得出了系统性能的评价。根据这些评价，提出了系统的不足和今后要进一步研究和完善的方面。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源及研究意义

1.3 国内外发展及研究现状

1.3.1 电子鼻技术的发展及研究现状

1.3.2 气敏传感器的发展及研究现状

1.3.3 乙醇电子鼻的发展及研究现状

1.3.4 嵌入式系统的发展及研究现状

1.3.5 嵌入式操作系统的发展及研究现状

1.4 课题研究内容及论文框架结构

1.4.1 课题的研究内容

1.4.2 论文框架结构

1.5 本章小节

第二章 智能乙醇电子鼻系统的设计方案

2.1 引言

2.2 嵌入式系统硬件方案

2.2.1 信息处理方案

2.2.2 信息存储方案

2.2.3 信息通信方案

2.3 嵌入式系统软件方案

2.3.1 嵌入式操作系统方案

2.3.2 文件系统方案

2.3.3 GUI系统方案

2.4 乙醇电子鼻传感器方案

2.4.1 常用乙醇电子鼻传感器

2.4.2 燃料电池技术原理

2.4.3 乙醇燃料电池传感器技术

2.5 智能乙醇电子鼻系统总体方案

2.6 本章小结

第三章 智能乙醇电子鼻系统的硬件设计

3.1 引言

3.2 硬件体系模型

3.3 中央处理单元模块

3.3.1 电源电路

3.3.2 复位及时钟电路

3.4 信息采集及预处理模块

3.4.1 Fuel Cell传感器电路

3.4.2 压力传感器电路

3.4.3 信号滤波放人电路

3.4.4 加热及温度传感电路

3.4.5 气泵装置

3.5 数据显示及报警模块

3.5.1 数据显示电路

3.5.2 指示报警电路

3.6 数据通信模块

3.6.1 RS232串口驱动电路

3.6.2 USB驱动接口电路

3.6.3 RF射频传输电路

3.7 数据存储模块

3.7.1 系统存储器电路

3.7.2 NAND FLASH存储器电路

3.8 人机交互模块

3.9 本章小结

第四章 智能乙醇电子鼻系统的软件设计

4.1 引言

4.2 BootLoader的构建

4.2.1 BootLoader的结构

4.2.2 u-boot介绍

4.2.3 u-boot移植

4.3 嵌入式操作系统μClinux移植

4.3.1 μ Clinux简介

4.3.2 基于LPC2210的μ Clinux移植

4.4 文件系统的移植

4.4.1 JFFS2文件系统特点

4.4.2 JFFS2文件系统在μClinux上的移植

4.5 MiniGUI移植

4.6 本章小结

第五章 智能乙醇电子鼻系统的驱动及应用程序开发

5.1 引言

5.2 μClinux设备驱动程序开发

5.2.1 μCLinux设备驱动程序模型

5.2.2 设备驱动程序操作原理

5.3 系统相关的设备驱动程序开发

5.3.1 GPIO驱动开发

5.3.2 A/D转换驱动开发

5.3.3 I2C驱动开发

5.3.4 PWM驱动开发

5.3.5 串口驱动开发

5.3.6 USB驱动开发

5.3.7 RF射频传输驱动开发

5.4 应用程序及界面设计

5.4.1 主动测试

5.4.2 被动测试

5.4.3 系统设置

5.4.4 打印设置

5.4.5 校核设置

5.4.6 日志记录

5.5 本章小结

第六章 智能乙醇电子鼻系统测试分析

6.1 引言

6.2 系统测试平台及标准

6.2.1 系统测试平台

6.2.2 系统测试标准

6.3 系统测试结果与分析

6.4 本章小结

第七章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表的学术论文和参加的科研项目