IR-spektrometrisensorin esimerkkiapplikaatio Raspberry Pi -alustalle

Abstract

Tässä insinöörityössä rakennettiin ohjelma infrapuna-alueen mittauksiin tarkoitetun optisen spektrometrisensorin ohjaamiseen. Sensorin toiminta perustuu Fabry-Perot-interferometriin. Työssä käytettiin laitealustana Raspberry Pi -minitietokonetta, johon oli liitetty pieni kosketusnäyttö.

Ohjelman tehtävänä oli lukea sarjaportin välityksellä sensorilta spektri, laskea spektristä kemometrisen mallin avulla näytteen konsentraatio ja näyttää lopputulos näytöllä. Ohjelma rakennettiin Linux-pohjaisen Raspbian-käyttöjärjestelmän päälle. Pääasiallinen projektissa käytetty ohjelmointikieli oli C++, mutta sarjaporttikommunikaatio toteutettiin Linuxin C-kielisillä systeemikutsuilla.

Graafinen ulkoasu toteutettiin Qt-kirjastolla. Käyttöliittymä suunniteltiin Qt Creatorin WYSIWYG-editorissa. Spektri piirrettiin näytölle kolmannen osapuolen kehittämää Qt-moduulia nimeltä QCustomPlot apuna käyttäen.

Tuloksena syntyi ohjelma, jossa on kaksi näkymää: spektrinäkymä ja analyysinäkymä. Spektrinäkymä näyttää anturin mittaaman raakaspektrin ja analyysinäkymä näyttää kemometrisen mallin avulla lasketun konsentraatioarvon. Ohjelman käyttöliittymä on vielä melko keskeneräinen ja vaatii jatkokehitystä.

In this thesis a program was built for controlling an optical spectrometer sensor measuring at the infrared range. The sensor is based on the Fabry-Perot interferometer. The hardware platform utilized in the project was a Raspberry Pi combined with a small touch screen.

The program's task was to read the spectrum measured by the sensor through the serial port, calculate the sample concentration using a chemometric model and display the result on screen. The program was built on top of the Linux based Raspbian operating system. The main programming language used in the project was C++, but the serial port communication was implemented using system calls provided by the operating system, which were in C.

The graphical user interface was implemented using the Qt framework. The user interface was designed in the WYSIWYG editor provided by Qt Creator. The spectrum was drawn on screen using a third-party Qt module called QCustomPlot.

The result was a program that has two views: spectral view and analysis view. The spectral view presents the spectrum measured by the sensor as is, while the analysis view displays the concentration value calculated using a chemometric model. The program’s interface is still incomplete and requires further development.