一種便攜式光譜采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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文中設(shè)計(jì)的光譜采集系統(tǒng)可以使用電腦端和LCD端兩種方式來實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的顯示，描繪其吸光度曲線，并得出吸收峰峰值和對(duì)應(yīng)于該峰峰值的波長。電腦端的顯示比較簡單，通過PC機(jī)較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力能較好較快地顯示吸光度曲線，而對(duì)于LCD19264來說，則有比較多的細(xì)節(jié)需要處理。文中采用的是帶背光的LCD19264液晶來進(jìn)行吸光度曲線的顯示，該液晶只有192*64的分辨率，因此要進(jìn)行吸光度曲線的顯示，需要對(duì)光譜數(shù)據(jù)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：使用翻屏來實(shí)現(xiàn)或者使用數(shù)據(jù)壓縮的方式實(shí)現(xiàn)。通過觀察CCD采集的光譜信號(hào)發(fā)現(xiàn)，吸收峰峰值只在一個(gè)或幾個(gè)特定的波長出現(xiàn)，而其他波長處的吸光度值則基本一致。因此，文中使用壓縮的方法來實(shí)現(xiàn)吸光度曲線在液晶上的顯示。通過設(shè)定采樣閥值，把2 160個(gè)數(shù)據(jù)壓縮為192個(gè)字節(jié)的光譜數(shù)據(jù)，采集的機(jī)理是：對(duì)低于該閥值的光譜數(shù)據(jù)則丟棄不用，而對(duì)高于其閥值的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并比較前后兩個(gè)光譜數(shù)據(jù)的大小，若相等，則只采用其中的一個(gè)數(shù)據(jù)。如果檢測(cè)到峰峰值比較大的光譜數(shù)據(jù)，則把此時(shí)采集的序號(hào)和峰值的幅度進(jìn)行存儲(chǔ)，方便在液晶上顯示峰值吸光度。
利用LCD19264來繪制動(dòng)態(tài)曲線，需要特殊的編程方式來實(shí)現(xiàn)。LCD19264是以字節(jié)方式寫入的，也就是一次寫入需要準(zhǔn)備8bit的數(shù)據(jù)位。動(dòng)態(tài)曲線的顯示則是以點(diǎn)(相當(dāng)于1位)的方式進(jìn)行繪制的，因此繪制動(dòng)態(tài)曲線時(shí)需要把字節(jié)與點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。19264其行是以頁來進(jìn)行操作的，而列則是按單列來操作，64列為一屏，總共3屏，在LCD19264上畫點(diǎn)，橫坐標(biāo)則是液晶的列，而縱坐標(biāo)則通過頁來實(shí)現(xiàn)，即橫坐標(biāo)有192個(gè)點(diǎn)，縱坐標(biāo)有64個(gè)點(diǎn)(8頁)，列與橫坐標(biāo)一致，因此不需要轉(zhuǎn)換，而縱坐標(biāo)由于和液晶的8頁對(duì)應(yīng)，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。按照液晶的結(jié)構(gòu)(圖6)從上到下依次為0頁，1頁，3頁，……，7頁。例如：要找到50對(duì)應(yīng)于哪一頁，首先需要算出50對(duì)應(yīng)于8頁中的哪一頁，50／8=6，因此50對(duì)應(yīng)于第6頁。具體在哪一位可以通過對(duì)50取8的余數(shù)，50％8=2，那么我們就可以確定50對(duì)應(yīng)于LCD19264的第6頁上的第2位，通過在該位寫入高電平，則可以把50繪制在液晶上。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/192783.htm
3 光譜采集系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果及分析
通過對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證以及對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路圖進(jìn)行多次調(diào)試和修改，得到了便攜式分光光度計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖(圖7)。使用了接插件把LCD19264和TCD1208AP連接于系統(tǒng)接口上，方便擴(kuò)展性能更好的器件，JTAG口和RS232口主要用來實(shí)現(xiàn)CPLD程序、單片機(jī)程序的下載，同時(shí)RS232口還兼有上傳采集數(shù)據(jù)到PC端的功能。
對(duì)整個(gè)系統(tǒng)在液晶和PC端的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示(圖8)可以看出，繪制的光譜曲線有較明顯的差別。這是由于測(cè)量過程中，CCD中采集光譜的變化造成的，同時(shí)采集過程中光譜數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻的精確性對(duì)測(cè)量結(jié)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(jié)束語
對(duì)基于CCD的分光光度計(jì)光譜采集電路進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和硬件實(shí)現(xiàn)，并對(duì)設(shè)計(jì)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。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同接口間的速度匹配，采用了FIFO來完成光譜數(shù)據(jù)的緩沖，從而使速度較慢、內(nèi)部存儲(chǔ)空間較小的低成本單片機(jī)也能用來實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的光譜數(shù)據(jù)采集。通過對(duì)白色自然光進(jìn)行測(cè)試，光譜曲線具有較好的分辨度以及較快的探測(cè)速度。
評(píng)論