基于ARM的单细胞分析仪高压电源的程控电压系统设计

发布时间：2017-08-09 20:25

  本文关键词：基于ARM的单细胞分析仪高压电源的程控电压系统设计

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【摘要】：因细胞的个体差异的原因,传统分析群细胞的方法很难得到单个细胞内的化学信息。因此,研制单细胞分析仪在医学临床和生物化学领域有重要的应用价值。要实现单个细胞的生化分析,首先要完成单个细胞的进样、定位与电泳,这需要高精度的程控系列高压电源。为了改善传统的高压电源输出高电压的稳定性差和只能进行单通道电泳检测的不足,本文开展了基于ARM的单细胞分析仪高压电源的程控电压系统设计,完成的主要研究工作如下：(1)对嵌入式系统的控制技术在单细胞分析仪高压电源的程控电压系统中的应用进行了详细的分析。结合高压电源的功能特点和嵌入式系统技术的要求,详述了嵌入式各种不同处理器的框架和应用较为广泛的几种嵌入式操作系统,最终确定了本文所使用的硬件和软件平台。(2)根据本文设计的内容和需求,确定了系统方案的总体设计。同时还详细介绍了嵌入式系统技术的开发流程,主要是嵌入式系统技术开发的软硬件平台搭建。并在这个平台的基础上完成Bootloader的移植、Linux内核的裁剪和移植以及根文件系统的制作。(3)利用ARM9的PWM控制信号的占空比来控制D/A转换模块,并使D/A转换模块输出范围为0-10V的程控电压。另一方面,为了实时了解程控电压的输出值,本设计使用A/D采集模块对D/A转换模块所输出的程控电压进行实时采集,并使采集的电压显示在浏览器上。(4)开发了基于ARM9微处理器的AD采样模块的SPI总线接口设备和D/A转换模块的PWM控制信号的字符设备驱动程序。同时,在嵌入式目标板上移植一款轻巧而功能强大的嵌入式Boa服务器,并在此基础上开发了基于HTML语言的web上位机系统软件,实现了对单细胞分析仪高压电源的程控电压输出和采样,并使得输出和采样的结果以动态网页的形式输出显示在客户端浏览器上。(5)在已开发的软硬件平台的基础上,对整个web上位机系统软件进行实际的测试。用户以验证的方式登录客户端浏览器实时监测高压电源的程控电压的输出和采样结果。经测试表明：所设计的程控电压系统基本符合预期的设计目标。
【关键词】：单细胞分析仪 web服务器 程控电压 ARM 嵌入式系统
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q2-33;TN86
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 嵌入式技术在单细胞分析仪高压电源程控电压控制中的应用9-11
• 1.2.1 嵌入式技术系统的定义及特点9-10
• 1.2.2 嵌入式技术的发展和趋势10
• 1.2.3 基于嵌入式的单细胞分析仪高压电源的程控电压系统设计10-11
• 1.2.4 程控电压系统在单细胞分析仪中完成的工作11
• 1.3 本文研究的主要内容和结构安排11-13
• 第2章 单细胞分析仪高压电源的程控电压系统方案设计13-19
• 2.1 系统硬件整体框架设计13-14
• 2.1.1 系统设计的目标13
• 2.1.2 系统设计的规则13-14
• 2.1.3 系统硬件方案确定14
• 2.2 软件系统整体框架设计14-16
• 2.2.1 嵌入式操作系统简介14-15
• 2.2.2 嵌入式操作系统的选择15-16
• 2.3 软件系统方案的确定16-18
• 2.4 系统整体方案确定18
• 2.5 本章小结18-19
• 第3章 程控电压系统硬件平台设计19-25
• 3.1 微处理器简介19-20
• 3.1.1 ARM处理器介绍19
• 3.1.2 S3C2440处理器简介19-20
• 3.2 硬件平台外围电路设计20-22
• 3.2.1 电源电路20-21
• 3.2.2 串口电路21-22
• 3.2.3 网络接口电路22
• 3.3 程控电压输出电路设计22-23
• 3.4 程控电压采样电路设计23-24
• 3.5 本章小结24-25
• 第4章 单细胞分析仪高压电源程控电压系统开发平台设计25-41
• 4.1 嵌入式开发环境搭建25-29
• 4.1.1 配置所需要服务器25-27
• 4.1.2 建立交叉编译环境27-29
• 4.2 Bootloader分析与移植29-31
• 4.2.1 Bootloader简介29-31
• 4.2.2 U-boot目录结构31
• 4.2.3 U-boot的配置和移植31
• 4.3 Linux内核的移植31-36
• 4.3.1 Linux内核概述32
• 4.3.2 Linux内核目录结构32-33
• 4.3.3 Linux内核的移植33-36
• 4.4 根文件系统移植36-40
• 4.4.1 文件系统概述36-38
• 4.4.2 根文件系统制作和移植38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 单细胞分析仪高压电源程控电压的上位机系统软件设计41-60
• 5.1 嵌入式web服务器概述41-43
• 5.1.1 嵌入式web技术简介41
• 5.1.2 web服务器通信框架41-42
• 5.1.3 嵌入式web服务器的选取42-43
• 5.2 Boa服务器及CGI技术43-45
• 5.2.1 Boa服务器的工作原理43-44
• 5.2.2 CGI技术工作原理44-45
• 5.3 CGI程序设计45-47
• 5.3.1 程控电压采集CGI程序46
• 5.3.2 程控电压输出CGI程序46-47
• 5.4 Webserver网页设计47-52
• 5.4.1 HTML页面设计简述47
• 5.4.2 用户登录页面设计47-49
• 5.4.3 系统控制主页面设计49-50
• 5.4.4 程控电压的采集和输出页面设计50-52
• 5.5 Linux下的相关设备驱动设计52-58
• 5.5.1 驱动程序简介52
• 5.5.2 设备驱动结构52-53
• 5.5.3 程控电压的AD采集模块驱动设计53-57
• 5.5.4 程控电压的PWM控制信号驱动设计57-58
• 5.6 本章小结58-60
• 第6章 系统测试与结果分析60-69
• 6.1 硬件实物连接图60
• 6.2 系统启动运行测试60-63
• 6.2.1 Linux内核启动测试60-61
• 6.2.2 系统网络通信测试61-63
• 6.2.3 驱动模块加载测试63
• 6.3 程控电压的上位机软件系统测试63-68
• 6.3.1 用户登录验证测试63-65
• 6.3.2 程控电压输出测试65-67
• 6.3.3 程控电压采集测试67-68
• 6.4 系统测试结果分析68
• 6.5 本章小结68-69
• 第7章 总结与展望69-71
• 7.1 总结69-70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-73
• 附录1 用户登录验证源代码73-74
• 附录2 系统控制主页面源代码74-75
• 附录3 采集页面和程控电压输出页面源代码75-79
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目及取得的研究成果79-80
• 致谢80-81

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本文编号：647154