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薄层色谱扫描仪是薄层色谱主要的定量定性工具,已经广泛的应用于药物分析、中药研究、食品检验、环境监测等众多领域中。特别是对于我国特色与优势的中药产业,中药产业实现现代化,质检仪器必须配套,薄层扫描法是中药分析的法定分析方法,国家医药食品工业的发展对薄层色谱扫描仪有大量的需求。但是国内大量市场特别是高端市场被进口产品占据,因此进行薄层色谱扫描仪系统研发,发展拥有自主知识产权的薄层色谱扫描仪势在必行。
嵌入式技术是20世纪70年代发展起来的新技术,随着嵌入式系统研究和应用的不断深入,嵌入式系统与各个行业的具体应用开始紧密结合,在我国国家现代化建设进程中发挥了巨大的推进作用。
本论文共分为六章,以建立一套完整的薄层色谱扫描仪嵌入式系统为主线,从设计思想、硬件设计、软件设计、电路噪声处理等各个方面入手,完成了薄层色谱扫描仪嵌入式系统的设计。
第一章,简要介绍了薄层色谱扫描法的分类和发展历史,对薄层色谱扫描仪的发展现状和趋势做了介绍和分析,在此基础上介绍了本课题的来源与意义。
第二章,重点介绍了薄层色谱扫描仪的理论基础——Kubelka-Munk理论;从光源系统、测定方式、测光方式和扫描方式讨论了薄层色谱扫描仪的设计思想;提出了由中央处理控制单元、单色光源单元和光电检测单元三部分组成的薄层色谱扫描仪嵌入式系统。
第三章,重点介绍了薄层色谱扫描仪嵌入式系统的硬件设计。简要介绍了中央处理器S3C2410,从通讯模块、存储模块和运动控制模块详细分析了中央处理控制单元的硬件设计;以氘灯和钨灯为扫描光源,设计了氘灯恒流源和钨灯稳压源,由光栅单色器得到单色光源;采用光电倍增管作为光电转换器件、以TLE2061和ADG728为基础搭建了可编程放大电路、16位双通道A/D转换器AD7705组成了光电检测单元。
第四章,从嵌入式操作系统平台构建、驱动程序开发、色谱信号处理三个方面介绍了软件系统的设计。分析了主流嵌入式操作系统的特点,给出了选择Windows CE的原因,介绍了如何制定一个符合要求的操作系统,并定制了一个简单的操作系统。分析了Windows CE的中断机制、内存管理机制、虚拟内存和虚拟地址映射方法,重点说明了windows CE的驱动程序模型,并详细介绍了开发GPIO流驱动程序的方法和步骤。采用均值滤波法对色谱信号进行处理,分析了谱峰特征点的识别算法,给出了色谱曲线图基线建立的方法,讨论了峰面积的计算流程,以外标法为例介绍了定量计算的方法。
第五章,分析了系统电路噪声的主要两个来源:光电倍增管的噪声和硬件电路的噪声。分析了光电倍增管的噪声来源,给出了相应的处理方法;从器件选型、电源滤波的设计、旁路、去耦和储能电容的应用、电路板设计等方面讨论了降低硬件电路噪声的方法。
第六章,对本论文设计进行了总结,对本人课题中所做工作进行了介绍,指出了研制过程中存在的不足,并提出了对未来研究方向的展望。