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新型食品安全光谱仪的设计与实现

发布时间:2017-10-20 13:41

  本文关键词:新型食品安全光谱仪的设计与实现


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【摘要】:食品安全光谱仪是一种食品安全类检测仪器,通过测量特征波长的光透过待测样品溶液后光能量的变化值,得到测量样品的浓度值,从而计算化学物质含量是否超标。与传统的人工生物实验检测方法相比食品安全类检测仪器具有准确、快速、高效的特点。被广泛应用于超市、学校食堂等食品流通量大的地方,也被食品监督部门作为食品安全检测的重要执法工具。本文对比了LED检测法和传统全光谱检测法的区别和优缺点,并且对其缺点进行分析然后提出了优化方案。本课题致力于解决LED型检测仪检测波长个数有限的问题和全光谱检测仪中波长扫描机构[17]机械结构复杂难以调试和维护的问题。课题运用ILX554B线阵传感器和专业的数字信号处理芯片STM32F415两大主要部件设计出CCD集成电路作为光信号处理模块(下位机),对样品特征波长的信号能量进行采集处理,结合ARM平台将测量数据保存到存储器当中,并通过人机交互界面对仪器进行操作。本论文首先对食品安全光谱仪的检测原理和ILX554B线阵传感器的工作原理进行了叙述,然后围绕仪器的下位机部分和上位机部分两大模块分别进行了详细介绍。下位机部分包括硬件电路设计和软件程序设计。硬件方面:设计了CCD光谱采集处理模块的所有电路。包括:最小系统电路、IXL554B数据采集电路、电平转换电路、电源供电电路、信号放大电路、程序烧写接口电路。软件方面:采用STM32固件使用手册中提供的接口函数对STM32芯片进行配置。上层函数由本人自己编写并实现,包括:STM32端口配置函数、数据发送/接收函数、中断函数、数据降噪函数、数据上传函数等。上位机部分,依托凌阳的S5PV210硬件开发平台,对软件环境进行搭建和上层软件设计。软件平台搭建部分包括:移植Bootloader、kernel、yaffs2、QT-Embedded、SQLite。应用软件设计部分包括:使用Qt程序设计人机交互界面、Qt函数调用SQLite数据库设计、农残/多参检测函数设计、串口数据收发设计。下位机部分对接收到的信号进行了降噪处理,去除了大部分噪声对信号的干扰。经过对比试验和分析测量结果,得出结论:信号的抗干扰能力得到增强,测量结果稳定性、运行速度都有明显提高。同时做到了全光谱测量、不需要机械调试、精度不受影响、操作简便的目的,弥补了以上两类检测仪器的不足。
【关键词】:STM32F415 ILX554B Qt 去噪 移植
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TS207.3;TH744.1
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 绪论10-16
  • 1.1 课题研究背景10-11
  • 1.2 课题研究现状与本论文研究的意义11-12
  • 1.3 食品安全光谱仪简介及其测试原理12-15
  • 1.4 论文内容与组织结构安排15-16
  • 第二章 CCD光学传感器和ILX554B介绍16-24
  • 2.1 CCD传感器种类介绍16-17
  • 2.1.1 CCD简要介绍16
  • 2.1.2 线阵图像传感器16-17
  • 2.1.3 面阵图像传感器17
  • 2.2 CCD特征参数分析17-18
  • 2.2.1 电荷转移有效率17-18
  • 2.2.2 暗电流(dark current)18
  • 2.2.3 分辨率18
  • 2.2.4 光谱响应范围18
  • 2.3 CCD噪声分析18-19
  • 2.4 线阵图像传感器ILX554B选型与原理介绍19-22
  • 2.4.1 ILX554B数据参数与工作原理简介19-21
  • 2.4.2 影响ILX554B的性能参数分析21-22
  • 2.5 光栅分光采集处理系统介绍22-24
  • 第三章 下位机CCD模块的硬件与软件设计24-41
  • 3.1 下位机CCD模块的硬件设计24-31
  • 3.1.1 CCD模块需求分析24-25
  • 3.1.2 STM32F415 最小系统分析25-26
  • 3.1.3 ILX554B数据接收与转移电路26-29
  • 3.1.3.1 ILX554B工作时序介绍26-27
  • 3.1.3.2 ILX554B工作电路和信号放大转换电路27-29
  • 3.1.4 信号电平转换电路和STM32F415 电源电路29-30
  • 3.1.5 JTAG接口电路及电路总体布局30-31
  • 3.2 下位机CCD模块的软件设计31-41
  • 3.2.1 STM32F415 开发环境介绍和软件需求分析31-33
  • 3.2.2 端口初始化和中断参数配置与分析33-36
  • 3.2.2.1 输入输出控制端口配置33-34
  • 3.2.2.2 串口信号接收发送配置34
  • 3.2.2.3 ADC端口配置34-35
  • 3.2.2.4 中断功能设置35-36
  • 3.2.3 STM32F415 数据采集处理模块设计36-39
  • 3.2.3.1 中断处理模块设计36
  • 3.2.3.2 数据采集和发送模块设计36-39
  • 3.2.4 信号去噪方法分析和实现39-41
  • 第四章上位机端系统平台搭建41-51
  • 4.1 嵌入式开发平台选型介绍41-43
  • 4.1.1 嵌入式硬件平台选型与介绍41-42
  • 4.1.2 嵌入式软件平台选型与介绍42-43
  • 4.2 嵌入式软件平台搭建43-49
  • 4.2.1 交叉开发环境配置43-44
  • 4.2.2 Bootloader介绍与移植44-45
  • 4.2.3 Linux内核介绍与移植45-48
  • 4.2.4 yaffs2 根文件系统介绍与移植48-49
  • 4.3 Qt-Embedded和SQLite数据库环境搭建49-51
  • 第五章 上位机端软件设计51-61
  • 5.1 Qt开发环境和软件架构介绍51-52
  • 5.2 农药残留检测模块设计52-55
  • 5.2.1 农残校零部分53-54
  • 5.2.2 农残测量部分54-55
  • 5.3 多参数检测模块设计55-56
  • 5.4 光谱扫描模块设计56
  • 5.5 串口数据读取与分析模块设计56-58
  • 5.5.1 串口初始化函数57
  • 5.5.2 串口指令发送和数据接收函数57-58
  • 5.6 Qt程序与SQLite数据库联合使用设计58-61
  • 第六章 系统测试与总结展望61-69
  • 6.1 系统移植测试61-62
  • 6.2 STM32F415 降噪效果验证62-63
  • 6.3 应用程序测试63-66
  • 6.3.1 农药残留检测界面64-65
  • 6.3.2 多参数检测界面65
  • 6.3.3 光谱扫面界面65-66
  • 6.4 测量结果测试66-67
  • 6.5 总结与展望67-69
  • 致谢69-70
  • 参考文献70-73
  • 附录 个人简历73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 姬先举;温志渝;;基于CPLD的光积分时间可调线阵CCD驱动电路设计[J];传感技术学报;2006年05期

2 武杰;黎敬涛;;U-boot在ARM9上的移植分析与实现[J];微计算机应用;2011年05期

3 彭长学;杨光华;;软土e-p曲线确定的简化方法及在非线性沉降计算中的应用[J];岩土力学;2008年06期



本文编号:1067469

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