基于嵌入式Linux和ARM的可见分光光度计设计

　　0　引　言

　　可见分光光度计因灵敏度高、选择性好、准确度高和适用溶液浓度范围广等优点,常被用于生物医学、临床医学、医药领域、毒理学检测、卫生防疫、农 业领域以及工业领域等[1]。随着电子计算机技术的迅速发展,微处理器控制的分光光度计不断出现,它不仅提高了仪器的自动化程度,还大大改善了仪器的性 能。然而,目前的分光光度计大多以单片机为处理器,往往存在处理能力较低、成本高等缺点。

　　ARM处理器具有高性能、小体积、低功耗、低成本; 16/32位双指令集;支持多种操作系统和开发工具等特点[2]。针对单片机在可见分光光度计应用中的不足和ARM处理器的特点,本文提出将ARM处理器应用于可见分光光度计的设计。

　　1　可见分光光度计工作原理

　　可见分光光度计的理论基础是朗伯—比尔定律[3]。朗伯—比尔定律可简述为当一束平行的单色光通过含有均匀的吸光物质的吸收池,光的一部分被溶 液吸收,一部分透过溶液。设I0为入射光强度, I为透射光强度,K为吸收系数,C为溶液的浓度,L为液层厚度,T为透射比,A为吸光度,则它们的之间的关系为：

　　从以上公式可以推导出,当入射光、吸收系数和液层厚度不变时,透射光是根据溶液的浓度而变化的。

　　2　系统构架

　　一定波长的单色光照射到比色皿上,部分被溶液吸收,部分透过溶液照射到光电传感器转换为微弱光电流。光电流经放大、滤波以及模数转换后,送往 S3C2410进行分析处理。在LCD触摸屏上完成参数设置和功能设置,实现处理结果的显示,打印输出和保存。外围通信接口使可见分光光度计与计算机相 连,实现数据传输。装置的整体结构框图如图1所示。

　　3　硬件设计

　　硬件设计主要包括数据采集模块、微处理器模块、人机交互模块和通信接口模块。

　　3.1　数据采集模块设计

　　数据采集模块是硬件设计的关键之一,它决定了可见分光光度计的性能指标。光电转换电路,放大、滤波电路和模数转换电路共同构成了数据采集模块。

　　在光电转换电路中,利用光电传感器将光信号变换为电信号。硅光电二极管是常用光电传感器之一,具有感光性能稳定、反应迅速、对强光无记忆效应、 对弱光也很敏感的特点。由于可见光范围为400~780 nm,故采用波长范围为320~1100 nm的S1133—14型硅光电二极管。硅光电二极管工作在光导模式下[4],即连接反向偏置电压,使得照射到硅光电二极管的光线越强,反向光电流越大, 其具体电路如图2所示。

　　前置放大器采用低电压、微功耗、精密的单运算放大器MAX406。硅光电二极管与MAX406的连接方法属于电流放大型,这样减小了硅光电二极 管的暗电流,提高了检测精度。硅光电二极管和MAX406的2个同极性相连,电阻R2作为反馈电阻。MAX406的输出电压与硅光电二极管接收到的光强成 正比。