基于ARM的嵌入式QCM检测仪器的研究

论文摘要

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)传感器可检测电极表面纳克级的质量变化和反应膜的粘弹性、溶液密度、粘度、电导率、介电常数等参数的改变。其具有高特异性、高灵敏度、响应快等特点,可广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等领域中,可以用于气体、液体的成分分析以及微质量元素的测量等。本课题以石英晶体微天平传感器技术为基础,采用ARM嵌入式技术、现代电子技术和与压电石英传感器技术相融合,开发出了具有灵敏度高、可选择性好、操作简便、可实时检测输出检测结果的压电石英传感器信号采集处理系统。通过测量每个通道检测池输出频率、电压、温度等的变化,来对微量元素成份或质量、浓度、粘度等进行分析、测量,并可实时输出扫描电压到检测池,实时采集检测池数据,便可进行化学、生物等精密实验之用。基于ARM的嵌入式QCM检测仪器主要由前端传感器检测电路、数据采集系统和数据处理系统等组成。根据前端QCM传感器振荡电路输出的信号,数据采集系统进行实时采集、控制、处理、传输。根据用户需要,可将采集数据处理后发送到LCD液晶屏实时的进行数据显示、动态曲线显示、通道之间曲线切换、采集数据实时打印、存储等功能,并可经由32位独立按键的键盘进行各种控制操作等;或将采集数据,由基于ARM7内核的处理器LPC2220处理后上传到PC机进行数据、曲线的显示、描绘、切换等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 石英晶体微天平传感器概述
• 1.2 QCM传感器应用
• 1.3 国内外的QCM检测技术发展状况
• 1.4 课题研究的现实意义
• 1.5 论文的内容组织
• 第二章 QCM检测平台的建立
• 2.1 QCM传感器原理
• 2.1.1 QCM概述
• 2.1.2 QCM传感器基本原理
• 2.1.3 QCM传感器的理论推导
• 2.1.4 QCM传感器结构
• 2.1.5 QCM采集系统工作原理
• 2.2 基于ARM的嵌入式QCM检测平台的建立
• 第三章 核心板电路设计
• 3.1 核心板电路设计
• 3.2 嵌入式MCU
• 3.2.1 LPC2220简介
• 3.2.2 核心板时钟电路设计
• 3.3 核心板复位电路设计
• 3.4 核心板存储器电路设计
• 3.5 调试和测试接口
• 3.6 本章小结
• 第四章 数据采集板电路设计
• 4.1 双通道电压采集电路设计
• 4.1.1 16位AD芯片MAX1167介绍
• 4.1.2 电压采集原理图设计
• 4.2 双通道频率测量电路模块设计
• 4.2.1 双通道整形电路设计
• 4.2.2 双通道频率测量电路设计
• 4.2.2.1 多周期同步测频率法原理及误差分析
• 4.2.2.2 对多周期同步测频方法存在问题的分析及改进方案
• 4.2.2.3 频率测量硬件设计
• 4.3 双通道温度测量电路设计
• 4.3.1 温度测量的硬件设计
• 4.3.2 应用DS18B20时应注意的事项
• 4.4 双通道直流扫描输出电路设计
• 4.4.1 16位DAC转换器DAC8831
• 4.4.2 DAC8831与LPC2220的接口设计
• 4.5 LCD显示接口与RS232—PC机接口设计
• 4.6 微型打印机接口电路设计
• 4.7 键盘人机接口电路设计
• 4.7.1 键盘接口电路设计
• 2C总线PCB设计注意事项'>4.7.2 I²C总线PCB设计注意事项
• 4.8 数据采集存储单元电路设计
• 第五章 软件系统设计
• 5.1 主程序模块设计
• 5.2 系统初始化模块
• 5.3 电压采集模块程序设计
• 5.4 开机电压自标定模块
• 5.5 频率测量模块程序设计
• 5.6 温度测量模块
• 5.7 DAC直流扫描输出模块
• 5.8 LCD图形化显示模块
• 5.9 RS-232C通信模块
• 5.10 32位独立键盘驱动模块
• 5.10.1 实现键盘中断嵌套模式
• 5.10.2 各个键控功能块程序实现
• 5.11 基于FLASH的磁盘存储系统设计
• 5.12 打印机驱动模块
• 5.13 数据处理及测试结果
• 5.13.1 数据处理方法
• 5.13.2 测试结果
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 后记