微型近红外光谱仪信号采集系统关键技术研究

论文摘要

近红外光谱技术(NIR)是近十年来发展最快、最引人注目的分析技术之一,已被广泛应用于农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等领域,近红外光谱仪的研究与应用成为了近年来世界各国研究的重点之一。本论文基于重庆大学微系统中心研发的微型近红外光谱仪的要求,在分析了国内外微型光谱仪和信号采集系统发展现状的基础上,进行微型近红外光谱仪系统的信号采集系统关键技术研究。确定了信号采集系统设计的实现方案,完成了InGaAs探测器的驱动电路和信号获取电路、A/D转换模块电源与时序电路设计;完成基于ARM7芯片LPC2148的硬件电路设计;进行基于LPC2148固件程序的软件设计,实现了系统USB数据传输功能,从而解决了信号采集系统中的相关关键技术,完成了微型近红外光谱仪的信号采集处理模块。论文主要研究工作是:①在查阅了大量文献、资料的基础上,分析了微型近红外光谱仪信号采集技术的发展现状;②在了解近红外光谱仪和InGaAs探测器的工作原理基础上,对信号采集系统基本构成以及总线技术进行了研究,确定了近红外光谱仪信号采集系统的实现方案;③详细阐述信号采集硬件电路系统的设计过程,介绍了系统电路各个模块的主要功能及设计方法;④针对ARM7芯片LPC2148的SPI总线接口特性,进行了SPI接口数据传输软件编程,实现了对系统中A/D芯片的控制功能;⑤通过对USB数据传输原理的研究,针对LPC2148的USB设备控制器的特性,利用LPC2148软件开发包,完成了系统USB数据传输的软件设计;⑥完成了系统硬件和软件调试与分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 近红外光谱仪国内外研究现状
• 1.2 信号采集系统国内外研究现状
• 1.3 论文研究目的和研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 相关理论
• 2.1 微型近红外光谱仪的基本结构
• 2.2 CMOS 图像传感器简介
• 2.3 信号采集系统相关理论
• 2.3.1 信号采集系统的基本构成
• 2.3.2 信号采集系统总线技术
• 2.4 本章小结
• 3 信号采集系统设计思路
• 3.1 结构框架
• 3.2 各模块中的核心器件
• 3.2.1 InGaAs 探测器
• 3.2.2 A/D 转换模块
• 3.2.3 控制、存储、通信模块
• 3.2.4 时序发生器
• 3.2.5 电源模块
• 3.3 设计步骤
• 3.4 本章小结
• 4 信号采集系统硬件电路设计
• 4.1 InGaAs 探测器电源及时序设计
• 4.1.1 电源设计
• 4.1.2 时序设计
• 4.2 A/D 转换模块电源及时序设计
• 4.2.1 电源设计
• 4.2.2 时序设计
• 4.3 控制、存储、通信模块电路设计
• 4.3.1 USB 电源电路及接口电路
• 4.3.2 复位电路
• 4.3.3 系统时钟电路
• 4.3.4 JTAG 接口电路
• 4.4 信号采集系统硬件电路总图
• 4.5 本章小结
• 5 信号采集系统软件设计
• 5.1 软件设计的主要任务
• 5.2 编程语言的选择
• 5.3 软件平台μC/OS-Ⅱ
• 5.4 SPI 串口传输程序的设计
• 5.4.1 LPC2148 的 SPI 串行总线接口.
• 5.4.2 程序设计流程图及主体程序
• 5.5 USB 数据传输程序的设计
• 5.5.1 LPC2148 的USB 设备控制器.
• 5.5.2 USB 设备控制器的数据流
• 5.5.3 软件程序设计
• 5.6 本章小结
• 6 硬件电路调试及软件程序调试
• 6.1 硬件电路调试
• 6.2 软件程序调试
• 6.2.1 调试工具ADS 1.2
• 6.2.2 调试过程
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A CPLD 中的VHDL 程序
• 附录B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录