[發(fā)明專利]一種光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)及其工作和應(yīng)用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310601703.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103674248A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林慧;龍光乾;張國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光譜儀是根據(jù)物質(zhì)的特征光譜吸收/輻射來(lái)分析樣品顏色或化學(xué)成分的重要分析儀器，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品衛(wèi)生、生物醫(yī)藥、石化冶金等領(lǐng)域有著廣泛的用途。

傳統(tǒng)的光譜儀不僅體積龐大，而且使用條件苛刻、造價(jià)昂貴，只能限制在實(shí)驗(yàn)室中使用。與之相對(duì)的，微小型光譜儀具有體積小、便于攜帶和使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且其光譜分辨率足以滿足一般應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè)量要求，因此特別適合于現(xiàn)場(chǎng)和在線的快速檢測(cè)。微小型化已經(jīng)成為光譜儀發(fā)展的必然趨勢(shì)。

目前，為了實(shí)現(xiàn)光譜儀的微小型化，除了在光機(jī)結(jié)構(gòu)上盡量緊湊外，采用的主要技術(shù)手段為采用盡可能小的光譜儀電路系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中，微小型光譜儀的電路系統(tǒng)多是采用由CCD芯片、FPGA芯片、A/D轉(zhuǎn)換芯片和傳輸芯片組成的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

現(xiàn)有技術(shù)中，采用傳統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)方式的微小型光譜儀電路，特征尺寸在80毫米到150毫米之間，且難以進(jìn)一步縮小，無(wú)法滿足特征尺寸僅為40毫米到60毫米的新一代微小型光譜儀的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決基于CCD傳感器和FPGA芯片的光譜儀的體積較大、時(shí)序驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，靈活性差，難以應(yīng)用于對(duì)集成度要求高的系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。所述技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供一種光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

主控模塊，與傳感模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、傳輸模塊和供電模塊相連；用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)，并用產(chǎn)生的時(shí)序控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述傳感模塊；還用于將所述信號(hào)調(diào)理模塊輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，得到光譜數(shù)據(jù)，并將所述光譜數(shù)據(jù)輸出到所述傳輸模塊；

所述傳感模塊，與所述主控模塊、所述信號(hào)調(diào)理模塊和所述供電模塊相連；用于在所述主控模塊的驅(qū)動(dòng)下對(duì)聚焦與其上的光譜信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到各像素的模擬電壓信號(hào)，并順序輸出各像素的模擬電壓信號(hào)到所述信號(hào)調(diào)理模塊；

所述信號(hào)調(diào)理模塊，與所述主控模塊、所述傳感模塊和所述供電模塊相連；用于對(duì)所述傳感模塊輸出的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行電壓變換，并將變換后的模擬電壓信號(hào)輸出到所述主控模塊；

所述傳輸模塊，與所述主控模塊相連，用于將所述主控模塊輸出的光譜數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)；

所述供電模塊，與所述主控模塊、所述傳感模塊和所述信號(hào)調(diào)理模塊相連，用于為所述系統(tǒng)供電。

進(jìn)一步地，所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中的主控模塊還用于調(diào)節(jié)所述傳感模塊的積分時(shí)間；

所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)還包括液晶觸摸模塊；所述液晶觸摸模塊與所述主控模塊相連，用于在系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)顯示數(shù)據(jù)；

所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中的主控模塊具體包括ARM芯片；

所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中的傳感模塊具體包括CMOS圖像傳感器；

所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中的信號(hào)調(diào)理模塊包括電壓跟隨電路和減法電路；

所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中的供電模塊包括穩(wěn)壓?jiǎn)卧蜑V波單元；

所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中的傳輸模塊包括USB接口模塊或藍(lán)牙模塊；相應(yīng)地，所述供電模塊采用USB供電方式或電池供電方式。

第二方面，本發(fā)明提供一種光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的工作方法，所述方法包括：

步驟A：系統(tǒng)初始化，進(jìn)行各模塊的自檢，若出現(xiàn)問題，則向上位機(jī)報(bào)告；若沒有問題則在初始化完畢后進(jìn)入等待上位機(jī)發(fā)送協(xié)議包狀態(tài)，待接收到上位機(jī)發(fā)送的協(xié)議包后執(zhí)行步驟B；

步驟B：解析所述接收到的上位機(jī)發(fā)送的協(xié)議包，提取其中的藍(lán)牙協(xié)議包，根據(jù)上述藍(lán)牙協(xié)議包中的內(nèi)容判斷自身是否為目的設(shè)備，是則配置相應(yīng)的直接內(nèi)存存儲(chǔ)DMA，結(jié)束；否則執(zhí)行步驟C；

步驟C：進(jìn)一步解析協(xié)議包，提取出其中的CMOS配置協(xié)議包，根據(jù)所述CMOS配置協(xié)議包中的內(nèi)容配置傳感器，采集光譜數(shù)據(jù)，并將采集到的光譜數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)進(jìn)行分析處理。

進(jìn)一步地，所述光譜數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的工作方法中所述上位機(jī)發(fā)送的協(xié)議包包括：藍(lán)牙協(xié)議包、CMOS配置協(xié)議包和基本包；其中，所述藍(lán)牙協(xié)議包中包括：目的地址、跳數(shù)和下一跳地址；所述CMOS配置協(xié)議包中包括：采集方式、分辨率模式、積分時(shí)間和CMOS啟停狀態(tài)；所述基本包中包括起始位、校驗(yàn)位和停止位。