1、中南民族大学 毕业论文 (设计 ) 学院 ： 电子信息工程学院 专业 ： 电子信息工程 年级 ： 题目 ： 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 学生姓名 ： 学号 ： 指导教师姓名 : 职称 : 20XX 年 X月 XX 日 目录 摘要： . 1 Abstract. 1 1 绪论 . 2 1.1 研究背景 . 2 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 研究意义 . 4 1.4 本文组织结构 . 4 2 QT 开发环境的搭建 . 5 2.1 linux 下 QT-Creator 安装 . 5 2.1.1 QT 开发环境交叉编译器安装 . 5 2.1.2 配置 QT-Creator 使其支持交叉编
2、译 . 6 2.1.3 QT creator 版本设置 . 6 2.2 移植 tslib 使开发板支持触屏操作 . 7 2.3 linux 下 QT库的安装编译 . 7 2.3.1 设置 linux 系统环境变量 . 8 2.3.2 配置 qt-everywhere-opensource . 8 2.3.3 编译安装 qt-everywhere-opensource . 8 2.3.4 测试 ARM 版的 qt库是否编译安装成功 . 9 2.3.5 移植 qt4.8.5 到开发板 . 9 2.3.6 导出 QT 环境变量 . 10 2.3.7 开发板上测试 QT程序是否可以运行 . 10 3
3、微型近红外光谱检测仪图谱显示程序软件设计 . 12 3.1 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序软件设计流程图 . 12 3.2 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 代码结构 . 13 3.2.1 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 源代码文件 . 13 3.2.2 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 头文件 . 14 3.2.3 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 界面文件 . 15 3.3 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序界面设计 . 15 3.3.1 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序网格主界面设计 . 16 3.3.2 微型近红外光谱检 测仪图谱显示程序标签绘制 . 17 3.4 光谱数据网络传输
4、TCP 数据包格式设计 . 17 3.4.1 QDataStream 传递自定义结构体类型光谱数据 . 17 3.5 qt_socket 编程 光谱数据传输 C/S 架构设计 . 18 3.5.1 TCP 协议连接特性 . 18 3.5.2 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序客户端设计 . 19 3.5.3 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序客户端代码分析 . 20 4 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 光谱显示测试 . 22 4.1 水果检测 葡萄反射光谱波长与吸光度关系测试数据 . 22 4.2 水果检测 葡萄反射光谱波长与吸光度关系曲线图 . 23 5 总结展望 . 23 5.1 全文总结
5、. 23 5.2 展望 . 24 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 . 25 1 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序 摘要： 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序用于显示光电探测设备采集的光电信号，通过前端光电探头采集光信号，经过光电转换电路设备转换为模拟电信号，将电信号经过滤波、除噪声以直观的曲线图形式呈现，在光谱分析技术领域给科研人员提供了直观、准确的数据。本文采用 QTCreator 图形界面集成开发环境设计 微型近红外光谱检测仪图谱显示程序，以 ARM 开发板、安卓手机等平台作为显示程序硬件平台，光信号转换的电信号数据来自前端采集设备经 3G 网络传输到远程服务器，服务器将经过滤波、
6、除噪声处理的光谱数据发送到终端显示程序并显示。 关键词： 近红外光、光电转换、 QT、光谱曲线 Tiny near infrared spectrum monitor map display program Abstract: Tiny near infrared spectrum monitor map display program is used to display photoelectric signal of the photoelectric detection equipment acquisition, through collecting front-end photoel
7、ectric detector light signal, through the photoelectric conversion circuit devices converted into analog signal, will signal after filtering, in addition to the noise present in the form of intuitive graphs, in the field of spectral analysis technique provides researchers with intuitive, accurate da
8、ta.Integrated development environment based on the QT Creator a graphical interface design tiny near infrared spectrum monitor map display program, to ARM development board, the android mobile phone platform for displaying program hardware platform, such as optical signal convert electrical signals
9、from the front data acquisition equipment by the 3 g network transmission to the remote server, the server will through filtering, noise processing of spectrum and display the data sent to the terminal display program. Keywords: near-infrared light, photoelectric conversion, QT, spectral curve 2 1 绪
10、论 1.1 研究背景 红外光谱可分为近红外（ 780 2500nm）、中红外（ 2500 25000nm）和远红外（ 25000 1000000nm） 3 个谱区。从 20 世纪 50 年代起就有近红外光谱分析仪器应用于农副产品的成分分析，但是由于当时的信息处理技术的限制，没有得到长足的进步。在进入 20 世纪 80 年代以后，计算机技术迅猛发展，使得化学计量方法通过计算机能够良好解决近红外光谱多元信息的处理和提取，并且在消除背景干扰方面也取得了良好的效果，人们真正认识到近红外光谱分析仪的价值，欧美发达国家相继进入 广泛的研究开发阶段。近红外光谱检测仪在 20世纪 90 年代初开始商品化，近年
11、来，已经深入应用到许多领域，对生产技术和科学研究的发展起到了巨大的作用，在经济上产生了巨大的效益。 本课题结合国内外相关研究，以水果成分的定性、定量检测为试验样本，采用前端红外光探测器扫描，将采集到的光谱经过光电转换电路和前置放大电路将光谱信号转换为电信号，并在服务器网站和手机终端上显示水果的成分光谱分析图，微型近红外光谱检测仪图谱显示程序主要实现食品成分光谱分析图的显示功能，终端程序主要应用平台为安卓手机、 ARM+linux 电子设备等 一系列平台。 1.2 国内外研究现状 从上世纪 80 年代中期，人类已经开始对近红外光谱检测技术有一定的研究。到目前为止，近红外光谱技术已经走过了将近 5
12、0 多年的发展历程。国内外已经有 30 多家厂家生产 不同用途的近红外光谱仪，仪器 的 设计方式 、性能、 测量方法都 有很多 变化。 光谱仪的主要技术指标 慢慢 趋 于 稳定 ， 理论框架和制造技术也已趋成熟。 国外近红外光谱技术在大型流程工业的应用 越来越 广泛 和 成熟，由于涉及商业 机密、 企业经济利益（如化工、石化、食品等领域）等原因，很多实际应用都没有得到推广 。 比如 石化行业，据统计全球仅汽油调 合装置 只有 几百套安装在线近红外光谱仪，其它主要炼油装置如催化重整和催化裂化也都以在线近红外光谱分析技术为基础实现优化控制操作。在农产品的现场收购环节，便携式 、 在线和台式近红外光
13、谱被广泛用于按质论价的分析手段， 比 如，在日本就有 550 家果品等级分拣企业安装 2000 多台在线近红外分析仪。在制药领域 ， 近红外光谱分析技术正在由可选方法（ Alternative method）向一次方法（ Primary method）3 进行革命性的 转变。近红外技术的应用为上述行业带来丰厚的经济效益 ， 已成为提高企业科学管理一种 重要 手 段。美国、法国、 德国、丹麦、瑞士 、 加拿大和澳大利亚等官方机构为 了 解决模型维护问题，已经建立粮食、甘蔗和果品分析的近红外网络 体系 ，这些网络 主要由 国家相关管理部门 （国家网络中心） 牵头， 由行业检验机构、研究机构、仪器厂
14、家和用户组成。丹麦 在 1991 年 建立 最早的近红外网络，目前最大的是法国的 Agroreso 近红外网络，包含 1000 多台仪器。实践证明，网络化技术是将近红外优势在实际应用中发挥到最大 程度 的一个重要途径。例如，法国、德国和丹麦等国家的近红外网络已覆盖几乎所有的粮食收购点，较好地解决收购现场粮食快速检 测问题，真正实现谷物的优质优价及按质分类储存。近年 来 ，国际近红外光谱技术应用 的 热点 主要 集中在能源领域（如燃料乙醇和生物柴油等）、精细化工（如农药合成以及高聚物合成等）、制药领域的原料品质检测、生产过程控制分析、以及产品质量的快速分析等。此外，近红外光谱成像技术作为传统近红
15、外光谱分析技术的一种补充，也越来越多地被用于制药和化工等领域。 我国从上世纪 80 年代中期在近红外光谱仪的研发方面做过大量的工作，曾研制出傅立叶变换型、滤光片型、阵列检测和光栅扫描型型仪器，并在农业和石化等领域得到应用。 可是 与国外同类先进 产品相比，国产近红外光谱仪的性能指标（波长准确性和重复性、信噪比、光谱一致性等） 与国外 尚存在一定差距，测量 设备 也不 够完善 ， 有待 提高。我国在近红外光谱技术的应用研究 领域 ，已几乎涉及所有可能的领域，但大多数工作 还处在 尝试性研究 阶段 ，离实际应用要求 还有一定 距离，需在建模 采样 数量、种类、稳健性 、 影响因素、和规范化操作等方
16、面做系统 性的研发 工作。尽管在我国一些领域（例如炼油装置的在线分析、流通领域药品的真伪鉴别、烟草品质的快速分析等），近红外光谱技术正在发挥着重要的作用。 例如， 我国炼油企业已有近百套在线近红外光谱分 析仪，我国的地方药监部门也配备几百台以近红外光谱仪为核心技术的药品检测车。但客观地讲，大多数 在实际应用还是有一定 距离。 这与我国 当前的经济状况和科技发展有直接的关系，以炼油行业为例，国外一个炼厂的原油储量与其年加工量相当， 这意味着该炼厂一年的原油原料可以保持不变，柴油和汽油等产品性质的变化仅由加工装置较小的操作参数改变引起的，因此，在较长的时期内 可以 不必担心分析模型的适用性，模型几
17、乎不需要扩充维护，可以长期稳定使用。而在我国，尤其是沿海炼厂，原油的储量仅为半个月或更短的加工量，且原油种类变换频繁，使汽油和 柴油等产品的组成波动较大，分析模型也必须随之进行频繁的扩充更新，这在很大程度上限制近红外光谱技术优势的发挥。随着我国企业管理水平的不断提高， 例如通过原油调合技术保证原油进料的相对稳定，可使后续炼油产品品质在较小的范围内波动，这时近红外光谱技术就会发挥其本应有的作用。 4 1.3 研究意义 本文结合国内外针对近红外光谱在石油、化工、食品检测等领域的应用研究为背景，提出终端节点采集光谱、服务器进行光谱滤波、转化处理、终端显示光谱曲线图为一体的系统架构，以 3G 网和以太
18、网为数据传输渠道，实现光谱数据的远程实时传输 ；终端设备采用目前流行的安卓手机、 ARM+Linux 系统架构的电子设备为硬件平台，以 QT应用程序为软件平台实现光谱数据的采样处理、数据传输，以及光谱曲线图的显示功能；设备简易轻巧，便于携带，为科研人员对近红外光谱检测技术的研究提供了方便实时检测、数据实时更新的便利。 随着近红外光谱分析技术的快速发展 ,特别是微型化近红外光谱仪显现的独特优势 ,使微型化近红外光谱仪成为近年来世界各国研究的一个新兴发展方向。近红外光谱技术在食品有效成份定量、无损、快速、现场在线检测等领域的应用有着广阔的前景，在国外，近红外光谱检测 仪的研究已经走过了 50 多年
19、的发展历程，并且在不断完善中；我国的近红外光谱检测仪的研究仅仅经历 20 年的时间，目前还处于起步试验阶段；因此，进行微型近红外光谱仪系统的研究 ,应用背景迫切 ,具有重要的科学意义和实际应用价值。 1.4 本文组织结构 本文的结构如下，共分为五章： 第一章：绪论，简要介绍红外光谱检测技术的应用背景、现状和意义。 第二章：介绍微型红外光谱显示程序 QT开发环境的搭建过程和 QT移植到开发板平台的制作过程。 第三章：介绍微型红外光谱显示程序界面设计、光谱数据网络传输数据格式设计、光谱曲线绘制程 序实现等。 第四章：介绍微型红外光谱显示程序对各类水果植物等光谱显示测试分析。 第五章：对全文所做关于
20、微型红外光谱显示程序设计与实现的工作进行总结，并阐述将来进一步的研究方向。 5 2 QT 开发环境的搭建 2.1 linux 下 QT-Creator 安装 微型近红外光谱显示程序采用 QT 图形界面开发环境，如图 1。 QT图形界面开发环境相比较传统的 VB、 MFC 图形界面开发环境，它具备跨平台开发的优势。它既可以开发 GUI 程序，也可以开发非 GUI 程序，比如控制台工具和服务器。正是基于 QT可以跨平台开发的特性 ，结合项目中采用的 OK335xS-II开发板平台，故采用 QT 图形开发环境设计近红外光谱波形显示程序。鉴于设计的微型近红外光图谱显示程序的运行平台为 OK335xS-
21、II ARM 开发板的 CPU 内核，配套交叉编译器为 arm-linux-gcc-4.4.3 版本。 图 1 QT-creator 开发环境 2.1.1 QT 开发环境交叉编译器安装 将交叉编译器安装包拷贝到 linux 系统的 /opt 目录下，解压交叉编译器安装包。 编辑 /etc/profile 配置文件，将 export PATH=/opt/arm-linux-4.4.3/bin:$PATH 添加到 /etc/profile 中去，设置好环境变量后，使用 source /etc/profile 命令更新这个配置文件，然后使用 arm-linux-gcc -v命令查看交叉编译器安装是否
22、成功！如图 2是交叉编译器安装成功的输出信息： 图 2 安装交叉编译器 6 2.1.2 配置 QT-Creator 使其支持交叉编译 项目使用的 Qt Creator 版本为 2.7.1， Qt Creator 安装比较简单，解压安装包之后按照安装提示一直点击下一步，直到安装完毕即可，安装完毕之后，还需要对 Qt Creator 进行相关的配置。 点击 Qt Creator 的 Tools 菜单下的 Options， 点击 Add 添加 GCC,然后点击 编译器路径添加交叉编译器 (/opt/arm-linux-4.4.3/bin/arm-linux-g+)的路径 ,如图 3： 图 3 QT creator 交叉编译器设置 2.1.3 QT creator 版本设置 点击 Add 添加 /usr/bin/qmake 文件添加进去之后，点击应用即配置完成，如图 4： 图 4 QT creator 版本设置
