基于ARM9的嵌入式气体检测系统硬件平台的设计及研究

发布时间：2020-05-31 23:09

【摘要】：工业发展所带来的污染越来越严重,尤其是以气体污染对人类的健康危害最为严重。同时,室内装修等引起的“室内空气污染”给人们带来的疾病正引起各个国家的高度重视。空气污染对人体健康危害很大,易引起呼吸道疾病,例如高浓的度污染可造成急性中毒或者死亡,长时期的低浓度污染会导致慢性支气管炎、肺癌、肺气肿及支气管哮喘等病症,有些污染物还损害肺的血色素的输氧机能和换气机能。因此对有毒有害气体进行定期、快速、有效的检测显得极为重要。本文在综合分析了国内外气体传感检测技术的基础之上,根据化学阵列传感指纹特性原理,利用嵌入式ARM-Linux技术,提出了一种能实现快速、痕量、高准确性检测的便携式有毒有害气体检测仪。本文设计的气体检测仪是密闭式气体检测系统,气体采集模块将待测有毒有害气体泵入反应气室,通过触摸界面控制摄像头采集其和气室中化学传感阵列芯片的反应图像信息,经过S3C2440处理后,获取待测毒气的信息并进行显示和可选择性存储。本文主要研究了检测系统的软硬件设计部分,完成了以下几个方面的研究工作: 1.根据毒气检测的实际需求,基于模块化的设计思路,采用上下位机结合的方式,设计了检测仪整体硬件电路。上位机以嵌入式ARM9(S3C2440A)为核心,设计了图像采集模块、LCD触摸显示模块、存储模块、串行通信模块及电源模块等;下位机以PIC16F877为MCU核心,设计了气体采样模块、条件监控模块、光照模块、通信模块等。通过上下位机的协作完成毒气的检测。 2.完成了嵌入式ARM-Linux开发平台搭建和开发环境的建立,引导程序编写及内核裁剪,设计了驱动程序及部分的应用软件;在MPLAB 8.0环境下完成下位机驱动程序的编写和调试。 3.完成上下位机的联机调试,根据毒气检测仪的技术指标和硬件设备外部特性,采用AUTOCAD设计该仪器的组装模型图,并实际完成了设备组装和调试。 4.对检测设备进行了部分典型气体的检测,掌握了仪器的使用方法和实验条件的调控,积累了经验,通过大量的实验,验证了仪器的有效性。 5.运用气体检测设备对庚醛、氨气、苯、对二甲苯、氯气、二氧化硫等进行了测试,并对图像数据进行了分析,证明了检测结果的有效识别性。最后总结了自己的研究工作,并提出气体检测设备下一步可完善之处。
【图文】：

框图,气体检测,系统总体,框图

统和以 PIC16F877 为核心的微控制下位机系统。嵌入式上体监控部分，主要组成部分包括图像采集模块、图像显示D、及外接 USB 存储设备）、串行通信（上位机和下位机的板和 PC 机的联机通信），主要实现气体检测过程中微阵列采集、处理、实时的显示以及可选择性的存储，同时，通下位机的控制和数据传输，另外一个串口还能实现在线调微控制系统作为嵌入式 AMR9 上位机的辅助控制系统，，主控部分（温度监测及其驱动模块；湿度、流量监测及驱动气路采样模块、可控光照模块、散热模块及通信模块，主反应气室内部的实时条件监测、气路中待测气体的流动情源的产生、整个检测仪内部产热的排解及和嵌入式上位机还设计有报警模块，当待测气体浓度超过安全阈值时对人图如图 2.1 所示。

影像,功能模块

比较繁琐。本文选用的数字摄像头则可直接捕捉口或串并口传输到存储设备或计算机里面进行处理。头核心是镜头，现主要有两种感光器件镜头：CCD（电荷耦合器属氧化物半导体）。比较而言，CMOS 价格低，功耗小，现目多采用影像光源自动增益补强技术，自动白平衡、亮度控制和度及伽马矫正等先进影像控制技术，可接近 CCD 摄像头效S 图像传感器相比于 CCD 图像传感器具有以下优点：度快：CMOS 上可直接加入许多复杂功能处理信息，而不用后再处理，省去了中间转换过程，因此，CMOS 速度极快。素密度高：CCD 传感器的像素密度不能像 CMOS 那样高，低片放大到一定尺寸后成像质量就明显下降，而由 CMOS 传感量高，放大后像质仍然很好。温：CMOS 传感器在工作时温度低，可满足连续拍照要求。低的代价，更高的成品率。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP368.1;R122.1

【参考文献】