設(shè)計應(yīng)用了最先進(jìn)的ａｒｍ嵌入式技術(shù)，利用ａｒｍ豐富的內(nèi)部設(shè)備，實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)的傳輸和基于觸摸屏的人機(jī)交互平臺。實現(xiàn)近紅外光譜儀器操作簡單化，體現(xiàn)了ａｒｍ微處理器的優(yōu)勝之處。

　�。保∫�

　　近紅外光譜主要是由分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團(tuán)ｃ－ｈ、ｏ－ｈ、ｎ－ｈ等振動的倍頻和合頻吸收［１］，具有豐富的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物質(zhì)的組成性質(zhì)測量。近紅外光譜作為迅速崛起的光譜分析技術(shù)在分析測試領(lǐng)域中起的作用越來越引起人們關(guān)注，由于樣品在分析時基本不需要處理，且不破壞和消耗樣品，自身又無環(huán)境污染，近紅外光譜分析技術(shù)堪稱是綠色分析儀器的典型代表［２］，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域包括農(nóng)作物質(zhì)量檢測、食品成分分析、藥物制劑分析、血氧的測定、石化工業(yè)分析、煙草行業(yè)中的應(yīng)用等，是分析領(lǐng)域中最為活躍的熱點(diǎn)。

　　文中采用基于ａｒｍ９內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)ｓ３ｃ２４１０ａ為核心開發(fā)近紅外光譜分析儀器�！∽鳛椋常参坏模颍椋螅悖ǎ颍澹洌酰悖澹洹。椋睿螅簦颍酰悖簦椋铮睢。螅澹簟。悖铮恚穑酰簦椋睿纾┘軜�(gòu)，基于ａｒｍ核的微控制器芯片具有較高的運(yùn)行速度、較大的地址空間、低功耗和高性價比，具備在其上運(yùn)行一個完整的嵌入式操作系統(tǒng)的能力，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。利用ａｒｍ來開發(fā)近紅外光譜分析儀器，以觸摸屏作為人機(jī)交換平臺，取代了傳統(tǒng)的鍵盤，脫離了定標(biāo)等分析軟件對微機(jī)的依賴，最終使用戶在指引下通過簡單的操作對樣品進(jìn)行檢測。

　�。玻　x器結(jié)構(gòu)與工作原理設(shè)計

　�。玻笨傮w結(jié)構(gòu)

　　本設(shè)計是基于ａｒｍ微處理器的濾光片型近紅外光譜儀�？傮w結(jié)構(gòu)如圖（１）所示。光學(xué)系統(tǒng)中的光電檢測信號經(jīng)過ａｄｃ后，并行輸入到單片機(jī)中進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理，再由單片機(jī)串行發(fā)送到ａｒｍ微處理器中，利用ａｒｍ微處理器對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)和分析，以及實現(xiàn)對光學(xué)系統(tǒng)、打印機(jī)和顯示操作系統(tǒng)的控制。

　　圖（１）總體結(jié)構(gòu)圖

　�。玻矁x器光學(xué)原理結(jié)構(gòu)

　　在近紅外光譜測量技術(shù)中，對于分立波長型儀器是測量幾個特定波長的光譜數(shù)據(jù)，并建立樣品濃度與這些數(shù)據(jù)的關(guān)系。濾光片型的近紅外儀器屬于分立波長測量儀器，設(shè)計分別選取了在近紅外光譜區(qū)內(nèi)的１１塊不同透射波長的窄帶干涉濾光片作為光譜儀器的分光系統(tǒng)。工作原理是：由光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片得到一定帶寬的分析光，當(dāng)光進(jìn)入樣品內(nèi)部后，通過與樣品內(nèi)部的漫反射作用返回表面，由光電檢測器進(jìn)行檢測。漫反射光是分析光和樣品內(nèi)部分子發(fā)生了相互作用后的光，因此負(fù)載了樣品的結(jié)構(gòu)和組成信息，可用于樣品成分測量。在測量過程中通過對濾光片盤的轉(zhuǎn)動來得到不同波長的光，從而實現(xiàn)分光。

　�。玻场x器的電學(xué)原理結(jié)構(gòu)

　　本設(shè)計分為光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和嵌入式控制系統(tǒng)兩部分。

　　圖（２）電學(xué)原理設(shè)計圖

　�。玻常惫庾V數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)

　　光譜數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)是由緊貼光傳感器的ａｄｃ芯片和單片機(jī)來實現(xiàn)的。光譜信號的信噪比是儀器穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要盡量避免光譜采集過程中噪聲的引入和光譜信號的減弱，從而保證光譜數(shù)據(jù)采集的精度。因此，在光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計中將ａｄｃ芯片緊貼光傳感器，由單片機(jī)對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和初步處理后傳輸?shù)剑幔颍砦⑻幚砥髦�，這樣的設(shè)計可以減少數(shù)據(jù)的傳輸距離，避免因長距離傳輸而引入噪聲，從而達(dá)到提高信噪比的目的。

　�。玻常睬度胧娇刂葡到y(tǒng)

　　嵌入式控制系統(tǒng)采用的處理器是由ｓａｍｓｕｎｇ公司推出的１６／３２位ｒｉｓｃ處理器ｓ３ｃ２４１０ａ。ｓ３ｃ２４１０ａ提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備其中包括：ｌｃｄ控制，支持ｎａｎｄ�。妫欤幔螅柘到y(tǒng)引導(dǎo)，３通道ｕａｒｔ，４通道ｄｍａ，�。椋锒丝冢颍簦�，８通道１０位ａｄｃ和觸摸屏接口，ｉｉｃ－ｂｕｓ接口，�。酰螅庠O(shè)備，ｓｄ主卡＆ｍｍｃ卡接口，２通道的ｓｐｉ以及內(nèi)部ｐｌｌ時鐘倍頻器等。ｓ３ｃ２４１０ａ采用了ａｒｍ９２０ｔ內(nèi)核，它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。利用ａｒｍ微處理器實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的接收、定標(biāo)、打印，人機(jī)交互界面和光學(xué)系統(tǒng)控制三大模塊功能。

　　光譜數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)打印都是利用ａｒｍ板中ｒｓ－２３２標(biāo)準(zhǔn)串口通信模塊來實現(xiàn)。ｓ３ｃ２４１０內(nèi)部具有兩個獨(dú)立的ｕａｒｔ控制器，每個ｕａｒｔ均具有１６字節(jié)的ｆｉｆｏ，支持的最高波特率可達(dá)到２３０．４ｋｂｐｓ。對ａｒｍ中的串口的設(shè)置主要是通過編寫串口通信協(xié)議程序來