基于LM3S8962的荧光分光光度计测控系统设计与实现

作     者：郭清刚 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙杰

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：荧光分光光度计 RTX ARM控制 光谱测量 以太网通信 

摘      要：近年来，随着经济社会的快速发展，食品安全、药品安全、环境污染以及卫生防疫等方面出现的问题层出不穷，人们的健康及生活质量受到了巨大的威胁，因此有必要加强对这些方面进行分析检测。采用荧光分光光度计对物质进行定性和定量的分析，不会破坏和改变其物理及化学性质，分析速度快，精度高，费用低廉，且不污染环境，因此在科学实验、工业生产、生物医学等领域中得到了广泛的应用。 传统的常规荧光光谱检测仪器多以单片机作为主控制芯片，其片上集成的功能和资源有限，而且在对模块众多的系统开发上需要外加多个辅助单片机芯片，从而使整个系统的开发成本加大，并且复杂度提高。此外，由于单片机数据处理的速度相对较低，因此不适合现代测量对速度和功能的要求。本文提出了基于ARM Cortex-M3内核的高性能微处理器LM3S8962作为控制核心来控制荧光分光光度计的测量系统设计，可满足测量系统在实用场合的具体应用。 论文在介绍光谱仪器发展的基础上对仪器光学系统结构和各硬件电路模块进行了详细的介绍，给出了下位机和上位机软件设计，对各主要硬件电路模块性能进行了初步的测试。本文主要进行了以下方面的工作： 1.通过对国内外荧光分光光度计产品的参数性能进行对比分析，提出了仪器的总体框架结构。该结构紧凑合理，减小了光学系统中的噪声干扰，改变了以往多芯片协调控制多个功能模块的模式，提高了仪器的测量精度。 2.在综合分析仪器自身特点以及各类嵌入式微处理器的性能及资源的基础上，提出采用基于Cortex-M3内核的嵌入式微处理器LM3S8962作为整个系统的控制核心，该芯片可实现对仪器的全部测量过程实施控制。 3.详细介绍了仪器的硬件电路模块和软件模块设计。硬件包括处理器外围电路以及各功能模块电路;软件模块包括下位机的RTX多任务应用程序设计及利用RL-TCPnet嵌入式TCP/IP协议栈实现以太网通信，上位机软件采用Visual Basic6.0中的Winsock控件实现网络通信。 4.使用示波器、数据采集卡等仪器对测控系统主要模块进行了测试，给出了数据采集模块的测试及性能分析，并对数据采集电路做了相应的改进。