一種便攜式光譜采集系統的設計與實(shí)現
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文中設計的光譜采集系統可以使用電腦端和LCD端兩種方式來(lái)實(shí)現光譜數據的顯示，描繪其吸光度曲線(xiàn)，并得出吸收峰峰值和對應于該峰峰值的波長(cháng)。電腦端的顯示比較簡(jiǎn)單，通過(guò)PC機較強的數據處理能力能較好較快地顯示吸光度曲線(xiàn)，而對于LCD19264來(lái)說(shuō)，則有比較多的細節需要處理。文中采用的是帶背光的LCD19264液晶來(lái)進(jìn)行吸光度曲線(xiàn)的顯示，該液晶只有192*64的分辨率，因此要進(jìn)行吸光度曲線(xiàn)的顯示，需要對光譜數據進(jìn)行壓縮。CCD的有效像元有2 160個(gè)，要在19264上進(jìn)行顯示，有兩種方法：使用翻屏來(lái)實(shí)現或者使用數據壓縮的方式實(shí)現。通過(guò)觀(guān)察CCD采集的光譜信號發(fā)現，吸收峰峰值只在一個(gè)或幾個(gè)特定的波長(cháng)出現，而其他波長(cháng)處的吸光度值則基本一致。因此，文中使用壓縮的方法來(lái)實(shí)現吸光度曲線(xiàn)在液晶上的顯示。通過(guò)設定采樣閥值，把2 160個(gè)數據壓縮為192個(gè)字節的光譜數據，采集的機理是：對低于該閥值的光譜數據則丟棄不用，而對高于其閥值的光譜數據進(jìn)行存儲，并比較前后兩個(gè)光譜數據的大小，若相等，則只采用其中的一個(gè)數據。如果檢測到峰峰值比較大的光譜數據，則把此時(shí)采集的序號和峰值的幅度進(jìn)行存儲，方便在液晶上顯示峰值吸光度。
利用LCD19264來(lái)繪制動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，需要特殊的編程方式來(lái)實(shí)現。LCD19264是以字節方式寫(xiě)入的，也就是一次寫(xiě)入需要準備8bit的數據位。動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)的顯示則是以點(diǎn)(相當于1位)的方式進(jìn)行繪制的，因此繪制動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)時(shí)需要把字節與點(diǎn)進(jìn)行轉換。19264其行是以頁(yè)來(lái)進(jìn)行操作的，而列則是按單列來(lái)操作，64列為一屏，總共3屏，在LCD19264上畫(huà)點(diǎn)，橫坐標則是液晶的列，而縱坐標則通過(guò)頁(yè)來(lái)實(shí)現，即橫坐標有192個(gè)點(diǎn)，縱坐標有64個(gè)點(diǎn)(8頁(yè))，列與橫坐標一致，因此不需要轉換，而縱坐標由于和液晶的8頁(yè)對應，因此需要進(jìn)行轉換。按照液晶的結構(圖6)從上到下依次為0頁(yè)，1頁(yè)，3頁(yè)，……，7頁(yè)。例如：要找到50對應于哪一頁(yè)，首先需要算出50對應于8頁(yè)中的哪一頁(yè)，50／8=6，因此50對應于第6頁(yè)。具體在哪一位可以通過(guò)對50取8的余數，50％8=2，那么我們就可以確定50對應于LCD19264的第6頁(yè)上的第2位，通過(guò)在該位寫(xiě)入高電平，則可以把50繪制在液晶上。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/192783.htm
3 光譜采集系統測試結果及分析
通過(guò)對方案進(jìn)行驗證以及對設計的系統電路圖進(jìn)行多次調試和修改，得到了便攜式分光光度計硬件結構圖(圖7)。使用了接插件把LCD19264和TCD1208AP連接于系統接口上，方便擴展性能更好的器件，JTAG口和RS232口主要用來(lái)實(shí)現CPLD程序、單片機程序的下載，同時(shí)RS232口還兼有上傳采集數據到PC端的功能。
對整個(gè)系統在液晶和PC端的數據進(jìn)行處理并顯示(圖8)可以看出，繪制的光譜曲線(xiàn)有較明顯的差別。這是由于測量過(guò)程中，CCD中采集光譜的變化造成的，同時(shí)采集過(guò)程中光譜數據的采樣時(shí)刻的精確性對測量結果會(huì )有一定的影響。但液晶上基本可以顯示出光譜峰峰值的位置和大小，從而為物質(zhì)分析提供參考。
4 結束語(yǔ)
對基于CCD的分光光度計光譜采集電路進(jìn)行了方案設計和硬件實(shí)現，并對設計中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和討論，包括噪聲消除方法以及如何利用液晶顯示器繪制動(dòng)態(tài)光譜曲線(xiàn)。為了實(shí)現系統不同接口間的速度匹配，采用了FIFO來(lái)完成光譜數據的緩沖，從而使速度較慢、內部存儲空間較小的低成本單片機也能用來(lái)實(shí)現大數據量的光譜數據采集。通過(guò)對白色自然光進(jìn)行測試，光譜曲線(xiàn)具有較好的分辨度以及較快的探測速度。
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