基于AVR的核磁共振含油量检测系统的研究

论文摘要

利用核磁共振技术(NMR)测定油料种子的含油量,是国际上六十年代初开始在粮食工业中采用的一项技术。相比于传统的索式抽提,该技术拥有快速、操作方便、非破坏性等优点,目前在国外已得到了广泛应用。相对于国际上目前日新月异的油料含油量检测手段,目前国内的同类设备仍比较滞后,急需技术的升级。本文分析了核磁共振含油量检测系统的实现方法。鉴于含油量的检测工作环境的特殊,系统需要具备较高的检测速度、处理精度和较高的抗干扰能力。文章通过研究核磁共振定量分析的原理,基于ATmega高速单片机设计了一种核磁共振含油量检测的解决方案。文章首先通过分析核磁共振含油量检测原理和国内外研究现状,研究了以AVR处理器作为系统核心的可行性,并设计了系统的总体结构。然后,在总体架构的基础上根据系统各主要模块所需要实现的功能完成了系统的硬件和软件设计。其中,着重对以AVR处理器为核心的微控制单元及其外围功能电路进行了电路开发和仿真,并设计引入了双通道完全重构滤波算法以提高系统性能。系统对省内主要油料作物的检测试验结果表明系统的设计达到了预期效果。基于高速嵌入式平台的检测系统是智能检测技术的发展趋势,也是含油量检测技术的发展方向,仍然需要进一步的探索。论文最后对研究结果进行了总结,并展望了未来的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外相关技术的研究现状
• 1.2.1 核磁共振含油量检测技术的发展
• 1.2.2 AVR 技术的发展
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本课题主要研究的内容和章节安排
• 1.4.1 本课题主要研究内容
• 1.4.2 本论文的章节安排
• 第二章 系统检测原理和总体架构
• 2.1 核磁共振基本原理
• 2.1.1 原子核的自旋与进动
• 2.1.2 共振的产生与核磁弛豫
• 2.2 核磁共振的信号检测
• 2.2.1 共振信号的激励
• 2.2.2 共振信号的接收
• 2.2.3 信号检波
• 2.3 系统的整体架构
• 2.3.1 系统的总体结构设计
• 2.3.2 磁钢的选取
• 2.3.3 探头的安装
• 2.3.4 边限振荡
• 2.3.5 扫场单元
• 2.4 微处理器的选择
• 2.4.1 AVR 单片机简介
• 2.4.2 AVR 处理器的选择
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 电源电路
• 3.2 基准振荡电路
• 3.3 信号的输入和A/D 转换
• 3.4 扫场发生电路
• 3.4.1 PWM 方波的输出
• 3.4.2 扫场信号的产生
• 3.4.3 双限指示器
• 3.5 键盘显示及掉电保护电路
• 3.5.1 TWI 总线
• 3.5.2 键盘和掉电保护电路
• 3.5.3 显示和通讯电路
• 3.6 本章小结
• 第四章 数字滤波算法分析
• 4.1 完全重构滤波器组的发展
• 4.2 多抽样率数字信号处理
• 4.2.1 信号的抽取
• 4.2.2 信号的插值
• 4.2.3 系统的多采样率结构
• 4.3 数字滤波器组
• 4.4 系统的双通道完全重构数字滤波器组设计
• 4.4.1 双通道QMF 组完全重构的条件
• 4.4.2 Euclid 分解法
• 4.4.3 完全重构滤波器组分解算法
• 4.4.4 双通道低延迟完全重构滤波器组设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统的软件设计
• 5.1 系统软件的开发工具
• 5.1.1 ICC AVR 调试环境
• 5.1.2 AVR Studio 集成开发环境
• 5.1.3 PROTEUS 集成开发环境
• 5.2 信号的输入和A/D 转换
• 5.3 样品含油量的计算
• 5.4 PWM 方波信号的输出
• 5.5 系统的TWI 总线通信
• 5.6 系统的LCD 显示
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 检测结果及分析
• 6.2 工作总结
• 6.3 后续工作展望
• 参考文献
• 研究生期间发表论文
• 致谢