[發明專利]一種光譜儀的信號采集系統以及采集方法

在審

• 申請號: 201410570399.7
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104331046A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 陳程
• 申請（專利權）人: 天津港東科技發展股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于信號采集技術領域，尤其是涉及一種光譜儀的信號采集系統以及采集方法。

背景技術

光譜儀器是光譜與光譜分析學基本的分析工具，是現代天文、化學、物理各研究領域和生產領域的有利工具。隨著科學技術的發展，在地礦勘探、生物醫學、環境檢測等領域對光譜儀器提出了微型化的要求。與以往的大型光譜儀器相比，便攜式光譜儀具有體積小、重量輕、功耗低、使用靈活、性價比高等優點；同時微型光譜儀可以作為光電接口設備與光纖探頭聯合使用，使測量更加方便。便攜式光纖光譜儀的研究越來越受到重視。

傳統的采集系統是采用單片機提供脈沖信號并進行信號轉換和采集等工作，這樣做雖然硬件電路非常簡單，但是存在資源浪費較多，頻率較低的缺陷。這樣微控器模塊的采樣速率也必然受到單片機主頻的制約。信號采集模塊對信號進行采集時實時性要求很高，一旦微控器模塊處理不過來，必然影響整套產品對于光強變化的響應速度。如果為了保證微控器模塊有足夠資源而采用數字電路來提供脈沖，則外圍電路過于復雜，電路板面積很大。如何解決現有的光譜儀信號采集模塊的驅動電路存在資源浪費較多、頻率較低、外圍電路較復雜的缺陷，成為了目前世界各國光譜儀器研制的熱點。

發明內容

本發明的主要目的在于解決現有技術中存在的問題，提供一種集成度高、速度快、可靠性好并可以有效的減小電路板面積，從而減小光譜儀器的體積以及降低生產的成本光譜儀的信號采集系統以及采集方法。

本發明的技術方案是：一種光譜儀的信號采集系統，包括信號采集模塊、CPLD、信號轉換模塊、處理模塊和電機，所述處理模塊還包括微控器模塊、通訊模塊、數據存儲模塊和數據搬移模塊，所述通訊模塊、數據存儲模塊和數據搬移模塊依順序相連接，所述微控器模塊分別與數據存儲模塊、電機和CPLD相連接，通訊模塊和微控器模塊還與系統外部的上位機相連接，所述CPLD分別與信號采集模塊和信號轉換模塊相連接，所述信號轉換模塊分別與信號采集模塊和數據搬移模塊相連接；所述微控器模塊通過CPLD控制信號采集模塊與信號轉換模塊進行信號采集和信號轉換工作，CPLD控制信號采集模塊進行信號采集過程中的驅動信號，信號轉換模塊將信號采集模塊采集的模擬信號轉換成數字信號，數據搬移模塊將信號轉換模塊轉換完成后的數據存儲到數據存儲模塊，最后由通訊模塊將采集到的數據從處理模塊內部的數據存儲模塊傳輸到上位機。

所述的CPLD為復雜可編程邏輯器件。

所述的通訊模塊采用USB2.0作為通訊接口。

所述的處理模塊采用STM32F103VBT6作為處理芯片。

所述的電機采用SLA7033驅動步進電機，機械傳動控制光柵的位置。

所述的信號采集模塊采用TCD1208傳感器。

一種光譜儀的信號采集方法，應用在光譜儀的信號采集系統中，其特征在于：包括如下步驟：

a、光譜儀的信號采集系統初始化啟動；

b、處理模塊接收上位機發送的采集指令；

c、微控器模塊設定信號采集模塊的曝光時間并向CPLD發出信號采集指令；

d、CPLD操作信號采集模塊進行一幀圖像數據的2212的像素點信號轉換和采集；

e、信號轉換模塊通過CPLD向微控器模塊發出對信號采集模塊采集到的一幀圖像數據的2160有效像素點中的每一個進行轉換就緒通知；

f、數據搬移模塊將信號轉換模塊轉換完成的一幀圖像數據中的2160有效像素點數據搬移到數據存儲模塊當一幀圖像數據搬移完成后CPLD向微控器模塊發出完成信號；

g、微控器模塊通過通訊模塊將數據存儲模塊內的數據移入上位機。

進一步，在步驟g完成后，將返回到步驟b，等待上位機發送采集指令。

進一步，在步驟c中微控器模塊設定信號采集模塊的曝光時間為1毫秒-15秒。

本發明具有的優點和積極效果是：

(1)本發明所述的一種光譜儀的信號采集系統以及采集方法，利用基于CPLD設計的硬件電路代替數字集成電路，此系統和方法集成度高、速度快、可靠性好。

(2)本發明所述的一種光譜儀的信號采集系統以及采集方法，利用處理模塊可以集成數據搬移模塊的數據搬移功能的設計可以大大提高采集效率。

(3)本發明所述的數據搬移模塊的數據搬移功能，可以實現在不需微控器模塊的情況下完成數據的搬移，從而節省微控器模塊的資源，提高整套產品的可靠性。