| （InGaAs近红外光谱仪显示控制系统的研制 毕业设计 86页 36293字 包括开题报告 文献综述 任务书 程序 外文翻译 论文正文30页） 摘要：近年来随着计算机技术的高度发展和化学计量学学科的诞生，出现了现代近红外光谱分析技术。它综合了光谱学、计算机和化学计量学等学科，使近红外分析技术应用的越来越广泛。 近红外光谱分析（Near Infrared Spectroscopy）, 简称NIRS，已被广泛应用于农产品的内部品质检测。其原理是利用样品所含成分在近红外光谱区域的最强吸收波长不同, 以及吸收的强度与有机成分呈线性关系进行定量分析, 通过对已知成分含量的样品与其近红外光谱特征的回归分析, 建立定标方程, 即可对含有同一种有机成分的样品进行定量估测。该法一般不需要对样品做处理, 可直接分析各种状态的复杂物料。此外, 近红外光子的能量比可见光还低, 不会对人体造成伤害, 故近红外光谱分析属于绿色分析技术。 随着信息技术的不断发展, 嵌入式系统正在越来越广泛的应用到航空航天、消费类电子、通信设备等领域。而在嵌入式系统中, LCD 作为人机交互的主要设备之一, 显示系统又是不可缺少的一部分。近年来, 随着微处理器性能的不断提高, 特别是ARM处理器系列的出现, 嵌入式系统的功能也变得越来越强大。 本论文主要做了InGaAs基近红外光谱仪显示控制系统部分。主要实现了UCGUI的移植，液晶显示屏的驱动，S3C44B0X的液晶显示屏驱动的构建，S3C44B0X串口驱动程序的构建，VC程序的开发及串口应用程序的编程。 关键词：近红外光谱仪；UCGUI；LCD驱动；S3C44B0X；串口； 中图分类号：TP73 The development of display controling system for InGaAs-based near-infrared spectrometer Abstract: In recent years, with a high degree of development of computer technology and chemical measures of the birth of Science, a near-infrared spectral analysis of modern technology. It combines spectroscopy, computer and chemical metrology, and other disciplines, so the application of the near-infrared analysis technology is increasing extensively. Near Infrared Spectroscopy, referred to NIRS, has been widely used in the internal quality inspection of agricultural products. The principle is to use elements in the sample contained near-infrared spectral regions of the strongest absorption of different wavelengths, and the absorption of organic ingredients and the strength of a linear relationship between the quantitative analysis, known by the composition of the samples with the near-infrared spectral characteristics The regression analysis, the establishment of calibration equation, to contain the organic components of the same sample a quantitative estimate. The laws generally do not need to do sample processing, direct analysis of the complex state of material . In addition, the near-infrared photons of lower energy than visible light, will not cause harm to humans, the near-infrared spectral analysis is a green analysis technology. With the continuous development of information technology, embedded systems are increasingly being applied to a wide range of aerospace, consumer electronics, communications equipment, and other fields. In embedded systems, LCD as one of the main equipment, the display system is an indispensable part. In recent years, with the continuous improvement of performance of microprocessors, particularly the emergence of ARM processor family, embedded system functions are becoming increasingly powerful. This paper focuses itself on the study of display controlling system for InGaAs near- infrared spectrometer and is laid out by illuminating the process of realizing the transplantation of UCGUI, the driving for Liquid Crystal Display (LCD), the constructing of S3C44BOX Liquid Crystal Display(LCD) and S3C44BOX uart device driver, as well as the development of VC program and UART application program. Keywords: Near-Infrared Spectrometer ；UCGUI ；LCD driver ；S3C44B0X ；UART Classification：TP73 目次 摘要 I 目次 IV 1.引言 1 1.1 近红外光谱仪的检测原理 1 1.1.1近红外光谱技术的技术原理 1 1.1.2 近红外光谱技术的分析原理 2 1.2近红外光谱仪的现状 2 1.3显示控制系统的现状 3 1.4论文任务 4 2 UCGUI的移植 6 2.1 UCGUI的介绍 6 2.2 LCD的驱动 7 2.2.1 STN型彩色LCD模块介绍 7 2.2.2 S3C44B0X的内部LCD控制器介绍及其外部接口信号 8 2.2.3 LCD控制信号寄存器的设置 9 2.2.4 LCD初始化参考程序 10 2.3 UCGUI的移植步骤 11 2.3.1 UCGUI移植的准备工作 11 2.3.2 UCGUI移植步骤 13 3 串口的驱动部分 15 3.1 S3C44B0X上串口驱动程序的构建 15 3.1.1 S3C44B0X的串口简介 15 3.1.2 UART的电路接口和I/O口的设置 15 3.1.3 UART的初始化 16 3.2 VC中串口程序的编写 17 3.2.1 MSComm控件的介绍 17 3.2.2 MSComm控件的应用 18 4 VC程序的开发 21 4.1 单文档结构 21 4.2 Tchart控件 22 5 总结和展望 26 5.1 总结 26 5.2 展望 26 参考文献 27 作者简历 29 学位论文数据集 30 1.引言 1.1 近红外光谱仪的检测原理 近红外光谱分析（Near Infrared Spectroscopy）, 简称NIRS，已被广泛应用于农产品的内部品质检测。其原理是利用样品所含成分在近红外光谱区域的最强吸收波长不同, 以及吸收的强度与有机成分呈线性关系进行定量分析, 通过对已知成分含量的样品与其近红外光谱特征的回归分析, 建立定标方程, 即可对含有同一种有机成分的样品进行定量估测。该法一般不需要对样品做处理, 可直接分析各种状态的复杂物料[1]。此外, 近红外光子的能量比可见光还低, 不会对人体造成伤害, 故近红外光谱分析属于绿色分析技术。 1.1.1近红外光谱技术的技术原理 光是一种电磁波，具有波粒二象性，电磁波按波长或频率有序排列的图谱称为光谱。光谱分析是利用原子和分子的发射光谱和吸收光谱进行物质化学组成及含量分析的物理方法。这些光谱反映着分子的电子层的性质、分子的转动和重量对能级的影响以及分子对周围介质的影响。各种分子都具有自己的特定光谱，这是各种光谱分析的基本原理。基于测量物质的光谱而建立的分析方法称为光谱分析法。 近红外光谱分析是指利用近红外区包含的物质信息对有机物质定性和定量分析的一种分析技术。近红外光谱（NIRS）属于分子振动光谱，是基频分子振动的倍频与合频。有机物以及部分无机物分子中化学键结合的各种基团（C=C，N=C，O=C，O=H，N=H）的运动（伸缩、振动、弯曲等）都有它固定的振动频率。当分子受到红外线照射时，被激发产生共振，同时光的能量一部分被吸收，测量其吸收光，可得到极为复杂的图谱，这种图谱表示被测物质的特征。不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征，这为近红外光谱定量分析提供了基础[2-4]。 近红外光谱分析兼备了可见光光谱分析信号容易获取，红外光光谱分析信息量丰富这两方面的优点，加上该谱区自身具有的谱带重叠、吸收强度较低、需要依靠化学计量学方法提取信息等特点，使近红外光谱分析成为一类新型的分析技术。 近红外光谱包含了绝大多数有机物和分子结构的丰富信息，不同的基团和同一基团在不同化学环境中的吸收波长有明显差别，可以作为获取组成或性质信息的有效载体。近红外光谱不仅能够反映绝大多数的有机化合物的组成和结构信息，而且对某些对近红外光谱不吸收的物质（如某些无机离子化合物），也能够通过对共存的本体物质影响引起的光谱变化，间接地反映物质组成的信息。 由于在这一区域内谱带重叠严重，再加上样品中如有水分则更会因为氢键的变化而使谱图不能稳定，近红外光谱的低吸收系数又使对仪器的噪声要求十分苛刻，所以在以前近光谱分析技术的应用一直不够广泛。但是随着近年来算机技术的高度发展和化学计量学学科的诞生，出现了现代近红外光谱分析技术。它综合了光谱学、计算机和化学计量学等学科，使近红外分析技术应用的越来越广泛。 1.1.2 近红外光谱技术的分析原理 近红外光照射到由一种或多种分子组成的物质上，如果分子没有产生吸收，光穿过该物质，则该物质的分子为非近红外活性分子；否则，该物质的分子称为近红外活性分子。近红外光谱分析就是基于近红外活性分子对近红外光的吸收而建立起来的分析方法，其最广泛的应用是对有机化合物的鉴定，样品可以是固体、液体或气体。 1.2近红外光谱仪的现状 近红外光谱仪一般是由光学系统，电子系统，机械系统和计算机系统等部分组成。其中光学系统是近红外光谱仪的核心,主要包括光源，分光系统，测样附件和检测器等部分。按分光器的类型分类，在过去的50多年里，近红外光谱仪经历了如下几个发展阶段： （1）第一台近红外光谱仪的分光系统（50年代后期）是滤光片分光系统，测量样品必须预先干燥，使其水分含量小于15%，然后样品经磨碎，使其粒径小于1毫米，并装样品池。此类仪器只能在单一或少数几个波长下测定（非连续波长），灵活性差，而且波长稳定性、重现性差，如样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差！“滤光片”[5]被称为第一代分光技术。 （2）70年代中期至80年代，光栅扫描分光系统开始应用，但存在以下不足：扫描速度慢、波长重现性差，内部移动部件多。此类仪器最大的弱点是光栅或反光镜的机械轴长时间连续使用易磨损，影响波长的精度和重现性，不适合作为过程分析仪器使用。“光栅”[6]被称为第二代分光技术[7]。 （3）80年代中后期至90年代中前期，应用“傅立叶变换”分光系统，但是由于干涉计中动镜的存在，仪器的在线可靠性受到限制，特别是对仪器的使用和放置环境有严格要求，比如室温、湿度、杂散光、震动等。“傅立叶变换”被称为第三代分光技术。 （4）90年代中期，开始有了应用二极管阵列技术的近红外光谱仪，这种近红外光谱仪采用固定光栅扫描方式，仪器的波长范围和分辨率有限，波长通常不超过1750nm。由于该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频，样品的摩尔吸收系数较低，因而需要的光程往往较长。“二极管阵列”被称为第四代分光技术。 （5）用90年代末，来自航天技术的“声光可调滤光器”（缩写为AOTF）[8-9]技术的问世，被认为是“90年代近红外光谱仪最突出的进展”， AOTF是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件，与通常的单色器相比，采用声光调制即通过超声射频的变化实现光谱扫描，光学系统无移动性部件，波长切换快、重现性好，程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性，尤其是外部防尘和内置的温、湿度集成控制装置，大大提高了仪器的环境适应性，加之全固态集成设计产生优异的避震性能，使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来越广泛的应。 国产近红外光谱仪在一些关键技术指标方面（如信噪比）与国际先进水平相比还存在很大的差距。另外，由于各个厂商的产品一致性较差，很难建立通用的分析模型，这在一定程度上阻碍了近红外光谱分析技术的推广。此外仪器的主要核心器件，如传感器、光纤等关键器件还要依赖金控，基础加工工艺相对落后，在光谱仪整体性能指标和仪器智能化方面还有待提高。 对于国内近红外光谱仪器的发展，今后需要从以下几个方面开展工作： 1) 关键部件的研制，如传感器、光源和积分球等； 2) 机加工、装配和调试工艺的提高，如光纤及其耦合接口等。 3) 仪器整体优化设计，如测量附件模块化和智能化、光学平台及光路、电路和电子器件、以及硬件控制和数据采集软件等。 1.3显示控制系统的现状 自从1960 年美国无线电公司(RCA)的海麦尔(G1H1Heilmeier) [10]发现动态散射模式以来, 经过科学家长期辛勤的研究, 液晶显示器(LCD)终于凭借其低电压、微功耗、平板化及可以与半导体集成电路直接相连接等特点, 成为显示技术的主流。 随着信息技术的不断发展, 嵌入式系统正在越来越广泛的应用到航空航天、消费类电子、通信设备等领域。而在嵌入式系统中, LCD 作为人机交互的主要设备之一, 显示系统又是不可缺少的一部分。近年来, 随着微处理器性能的不断提高, 特别是ARM处理器系列的出现, 嵌入式系统的功能也变得越来越强大。液晶显示器凭借其优越的字符和图形的显示功能, 已经成为嵌入式系统使用中的首选的输出设备。随着多媒体技术的发展,单色的LCD 已不能满足人们在各种多媒体应用方面的更高要求, 彩色LCD 正越来越广泛地被应用到嵌入式系统中。触摸屏是人们获取信息的一种便利工具, 已广泛应用于工商、税务、银行等各种需要对公众提供信息服务的行业。触摸屏作为一种特殊的计算机外设, 是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌, 是极富吸引力的全新多媒体交互设备。 液晶是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态。既具有晶体所具有的各向异性造成的双折射性，又具有液体所特有的流动。一般可分热致液晶和溶致液晶两类。显示应用领域使用的是热致液晶，温度低了，出现结晶，温度高了，就变成液体。液晶显示器件所标注的存储温度指的就是呈现液晶态的温度范围。液晶由于它的各向异性而具有光电效应，尤其是具有扭曲向列效应和超扭曲效应，因此，可以制造出不同类型的显示器件，可直接与大规模集成电路结合开发出一系列具有便携显示功能的产品。液晶显示器件诞生至今不过20多年，产品已经更新了四代。目前扭曲列型液晶即被淘汰，超扭曲向列型和有源矩阵型已经成熟普及。铁电型和多稳态形液晶显示开始出现，其寿命大约为10000至15000个小时。 液晶显示器件有以下特点：低压微功耗；平板形结构；被动显示；显示信息量大；易于彩色化般使用滤色法和干涉法，使其在色谱上；无电磁辐射和X射线；长寿命。 以下是几种常见的液晶类型的原理： （1） 扭曲向列型液晶[11]：TN型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以TN型为基础来进行改良。而且，它的运作原理也较其它技术来的简单。将涂有透明导电层的两片玻璃基板上板上一层正介电向性液晶，液晶分子沿玻璃表面平行排列，排列方向在上下玻璃之间连续扭转90度，然后上下各加一偏光片，底面加上反光片，基本就构成了TN型液晶。 （2） STN型液晶[12]：跟TN型结构大体相同，只不过液晶分子扭曲180度，还可以扭曲210度或者270度等，特点是电光响应曲线更好，可以适应更多的行列驱动。 （3） TN或STN型液晶,一般是对液晶盒施加电压，达到一定电压值，对行和列进行选择，出现显示现象，所以行列数越多，要求驱动电压越高，因此往往TN或STN型液晶要求有较高的正极性驱动电压或较低的副极性电压，也因为如此，TN和STN型液晶难以做成高分辨率模块。 （4） DSTN液晶[13]，上下屏分别由两个数据通道传送数据，由于很多液晶屏内部增加了驱动电源的变换部分，所以无需外部输入高驱动电压，通常可以实现单电源供电。 （5） TFT为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件，在每个像数点上设计一个场效应开关管，这样就容易实现真彩色，高分辨率的液晶显示器件。现在的FTF型液晶一般都实现了18bit以上的彩色，在分辨率上，已经实现VGA，SVGA，XGA，SXGA，甚至UXGA。 1.4论文任务 本论文课题《InGaAs近红外光谱仪显示控制系统的研制》来源于浙江省科技厅重点科研项目——服装面料成分及含量的近红外光谱检测。本课题开发了一种基于InGaAs线阵传感器的光栅分光型近红外光谱仪的显示控制部分，包括液晶屏的显示及其控制系统。实现了液晶屏的显示，上下位机的通信等功能。 本论文的主要研究内容是： （1）在3C44B0X上实现了LCD的驱动，成功地在S3C44B0X上移植了用户图形界面UC/GUI，并编写了文件系统以实现对数据的管理； （2）在S3C44B0X上解决了串口的驱动问题，用VC编写了串口的应用程序，使得上下位机可以成功通信； （3）用VC中的Tchart控件和单文档结构编写了一个正弦曲线图的函数，并可实现缩放，平移等功能。 论文的具体章节安排如下： 1. 第一章引言，主要介绍了近红外光谱技术的检测原理，近红外光谱仪的现状，显示控制系统的现状以及本论文的内容安排等。 2. 第二章主要介绍了UCGUI的移植以及LCD的驱动。 3. 第三章主要介绍了S3C44B0X串口驱动程序的构建。 4. 第四章主要介绍了VC程序的开发及串口应用程序的编程。 5. 第五章对全文作了总结与展望。 |
InGaAs近红外光谱仪显示控制系统的研制
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