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基于ARM的嵌入式QCM检测仪器的研究

作　者: 李海威
导　师: 吕运朋
学　校: 郑州大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: ARM QCM 频率测量智能化 LPC2220
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 44次
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内容摘要

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)传感器可检测电极表面纳克级的质量变化和反应膜的粘弹性、溶液密度、粘度、电导率、介电常数等参数的改变。其具有高特异性、高灵敏度、响应快等特点,可广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等领域中,可以用于气体、液体的成分分析以及微质量元素的测量等。本课题以石英晶体微天平传感器技术为基础,采用ARM嵌入式技术、现代电子技术和与压电石英传感器技术相融合,开发出了具有灵敏度高、可选择性好、操作简便、可实时检测输出检测结果的压电石英传感器信号采集处理系统。通过测量每个通道检测池输出频率、电压、温度等的变化,来对微量元素成份或质量、浓度、粘度等进行分析、测量,并可实时输出扫描电压到检测池,实时采集检测池数据,便可进行化学、生物等精密实验之用。基于ARM的嵌入式QCM检测仪器主要由前端传感器检测电路、数据采集系统和数据处理系统等组成。根据前端QCM传感器振荡电路输出的信号,数据采集系统进行实时采集、控制、处理、传输。根据用户需要,可将采集数据处理后发送到LCD液晶屏实时的进行数据显示、动态曲线显示、通道之间曲线切换、采集数据实时打印、存储等功能,并可经由32位独立按键的键盘进行各种控制操作等;或将采集数据,由基于ARM7内核的处理器LPC2220处理后上传到PC机进行数据、曲线的显示、描绘、切换等。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
引言  7-8
第一章绪论  8-14
  1.1 石英晶体微天平传感器概述  8-9
  1.2 QCM传感器应用  9-11
  1.3 国内外的QCM检测技术发展状况  11
  1.4 课题研究的现实意义  11-12
  1.5 论文的内容组织  12-14
第二章 QCM检测平台的建立  14-23
  2.1 QCM传感器原理  14-20
    2.1.1 QCM概述  14-15
    2.1.2 QCM传感器基本原理  15-16
    2.1.3 QCM传感器的理论推导  16-17
    2.1.4 QCM传感器结构  17-19
    2.1.5 QCM采集系统工作原理  19-20
  2.2 基于ARM的嵌入式QCM检测平台的建立  20-23
第三章核心板电路设计  23-29
  3.1 核心板电路设计  23
  3.2 嵌入式MCU  23-25
    3.2.1 LPC2220简介  23-24
    3.2.2 核心板时钟电路设计  24-25
  3.3 核心板复位电路设计  25-26
  3.4 核心板存储器电路设计  26-27
  3.5 调试和测试接口  27-28
  3.6 本章小结  28-29
第四章数据采集板电路设计  29-48
  4.1 双通道电压采集电路设计  29-32
    4.1.1 16位AD芯片MAX1167介绍  29-32
    4.1.2 电压采集原理图设计  32
  4.2 双通道频率测量电路模块设计  32-38
    4.2.1 双通道整形电路设计  32-33
    4.2.2 双通道频率测量电路设计  33-38
      4.2.2.1 多周期同步测频率法原理及误差分析  33-35
      4.2.2.2 对多周期同步测频方法存在问题的分析及改进方案  35-36
      4.2.2.3 频率测量硬件设计  36-38
  4.3 双通道温度测量电路设计  38-40
    4.3.1 温度测量的硬件设计  38-39
    4.3.2 应用DS18B20时应注意的事项  39-40
  4.4 双通道直流扫描输出电路设计  40-42
    4.4.1 16位DAC转换器DAC8831  40-41
    4.4.2 DAC8831与LPC2220的接口设计  41-42
  4.5 LCD显示接口与RS232—PC机接口设计  42-43
  4.6 微型打印机接口电路设计  43-44
  4.7 键盘人机接口电路设计  44-46
    4.7.1 键盘接口电路设计  44-45
    4.7.2 I~2C总线PCB设计注意事项  45-46
  4.8 数据采集存储单元电路设计  46-48
第五章软件系统设计  48-67
  5.1 主程序模块设计  49-50
  5.2 系统初始化模块  50-51
  5.3 电压采集模块程序设计  51-52
  5.4 开机电压自标定模块  52-53
  5.5 频率测量模块程序设计  53-54
  5.6 温度测量模块  54-55
  5.7 DAC直流扫描输出模块  55-56
  5.8 LCD图形化显示模块  56-60
  5.9 RS-232C通信模块  60
  5.10 32位独立键盘驱动模块  60-62
    5.10.1 实现键盘中断嵌套模式  61
    5.10.2 各个键控功能块程序实现  61-62
  5.11 基于FLASH的磁盘存储系统设计  62-64
  5.12 打印机驱动模块  64-65
  5.13 数据处理及测试结果  65-67
    5.13.1 数据处理方法  65-66
    5.13.2 测试结果  66-67
第六章结论和展望  67-69
  6.1 结论  67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
后记  73

基于ARM的嵌入式QCM检测仪器的研究

内容摘要

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