基于嵌入式Linux系统的可见分光光度计的软件系统开发

论文摘要

分光光度计是一类采用分光光度法对物质进行定性和定量分析的常规分析仪器之一。分光光度计应用广泛,在生物医药、卫生防疫、化学化工、环境检测、食品卫生等诸多方面的科研与生产上都有广泛和重要的应用。分光光度计在检测理论和制作技术上早已成熟,分光光度计整体性能的进步主要依靠各光、机、电部件的新技术应用和不断更新的软件系统。目前,国产仪器多数采用单片机系统而限制了仪器的使用性能。ARM等系列高性能微处理器在嵌入式系统中的应用显示了其高性能、低功耗以及智能化、网络化的优势。本文以基于ARM微处理器的分光光度计硬件系统为基础,根据分光光度计的系统组成和检测原理,从软件系统的移植、驱动程序以及图形用户界面的开发等方面对分光光度计软件系统进行了设计与开发。系统以嵌入式Linux操作系统为内核,MiniGUI图形软件设计用户界面。采用以ARM920T为核心的S3C2410微处理器,通过SPI串行设备接口控制AD转换芯片AD7705进行数据采集,并在上层界面软件中实现对数据的分析处理。软件从总体功能上划分为仪器设置、数据采集、分析处理、图形显示、人机交互和数据文件管理等部分。该系统能够实现对透射率、吸光度、浓度等参数的实时检测,对标准曲线、吸收曲线等各类曲线的绘制,对系统数据的保存和管理。此外,LCD、触摸屏和外接键盘、软键盘的应用使系统具有更好的人机交互能力。论文主要分为五部分:首先介绍了分光光度计的检测原理和方法,并结合分光光度计的发展趋势阐述了嵌入式系统在仪器中的应用。然后在详细介绍嵌入式系统的概念和原理的基础上,对构建运行在S3C2410处理器硬件平台上的嵌入式软件运行环境进行了逐步的说明。接下来重点论述了数据采集系统的设计,包括嵌入式linux驱动程序的开发流程、SPI/AD数据采集设备驱动程序的开发、键盘以及触摸屏驱动程序的开发和修改。在图形界面软件部分,主要对图形界面软件MiniGUI的体系结构、中间输入层IAL以及各个功能模块的设计和开发做了细致的介绍。最后,为了检验仪器软硬件的运行状况和技术指标,设计了一系列实验进行测试。结果显示,整个软硬件系统运行良好,各参数指标均能达到设计要求。整个系统具有精确度高、稳定性好、功能丰富和易于操作等优点。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 分光光度计发展现状
• 1.3 分光光度计工作原理
• 1.4 研究目的和内容
• 2 嵌入式 Linux 系统软件平台的研究与实现
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统的特点
• 2.1.2 嵌入式系统的体系结构
• 2.1.3 嵌入式操作系统
• 2.1.4 嵌入式处理器
• 2.2 嵌入式软件开发环境的建立
• 2.2.1 Bootloader 介绍
• 2.2.2 U-Boot 在系统主板上的移植
• 2.2.3 Linux 操作系统的移植
• 2.2.4 根文件系统的制作
• 3 数据采集系统设计及硬件设备驱动程序开发
• 3.1 系统硬件结构概述
• 3.2 嵌入式Linux 驱动程序开发
• 3.2.1 Linux 的设备管理
• 3.2.2 处理器与设备间数据交换方式
• 3.2.3 嵌入式Linux 驱动程序的结构
• 3.2.4 嵌入式Linux 驱动程序的设备注册和初始化
• 3.2.5 Linux 驱动程序的模块化加载方式
• 3.3 SPI/AD 驱动程序开发
• 3.3.1 AD7705
• 3.3.2 S3C2410 与AD7705 的SPI 接口
• 3.3.3 缓冲区数据的保护
• 3.3.4 驱动程序实现
• 3.4 小键盘驱动程序开发
• 3.5 触摸屏驱动程序的修改
• 4 图形界面软件的开发
• 4.1 嵌入式图形开发软件（GUI）概述
• 4.2 MiniGUI 概述
• 4.2.1 MiniGUI 简介
• 4.2.2 MiniGUI 的技术优势
• 4.2.3 MiniGUI 的运行模式
• 4.2.4 MiniGUI 的窗口系统
• 4.2.5 MiniGUI 通讯机制
• 4.2.6 MniGUI 的字体、输入法及输入输出设备
• 4.3 MiniGUI 在S3C2410 上的移植
• 4.3.1 MiniGUI 移植步骤
• 4.3.2 开发24101AL 输入引擎
• 4.4 MiniGUI 的多线程编程和系统数据处理
• 4.4.1 MiniGUI 应用主线程设计
• 4.4.2 系统数据处理
• 4.4.3 检测算法设计
• 4.4.4 MiniGUI 下的多线程设计
• 4.5 MiniGUI 的主程序窗口设计
• 4.5.1 主程序流程图
• 4.5.2 主界面窗口设计
• 4.5.3 标准检测（透射率，吸光度）主窗口
• 4.5.4 浓度检测主窗口
• 4.5.5 曲线绘制主窗口
• 4.5.6 参数设置主窗口
• 4.5.7 软键盘设计
• 4.5.8 数据存储主窗口
• 4.5.9 MiniGUI 下的数据打印
• 4.6 MiniGUI 网络设置
• 4.6.1 Linux 下的socket 编程
• 4.6.2 MiniGUI 下的网络接口设计
• 5 系统应用测试
• 5.1 软件界面模块测试
• 5.2 应用测试
• 5.2.1 仪器性能测试
• 5.2.2 吸收光谱测试
• 5.2.3 复合曲线测试
• 5.2.4 标准曲线测试
• 5.2.5 最小二乘法拟合曲线测试
• 6 总结
• 6.1 结论
• 6.2 不足之处和后续工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录