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        一種便攜式光譜采集系統的設計與實現

        作者: 時間:2013-05-18 來源:網絡 收藏

        文中設計的可以使用電腦端和LCD端兩種方式來實現光譜數據的顯示,描繪其吸光度曲線,并得出吸收峰峰值和對應于該峰峰值的波長。電腦端的顯示比較簡單,通過PC機較強的數據處理能力能較好較快地顯示吸光度曲線,而對于LCD19264來說,則有比較多的細節需要處理。文中采用的是帶背光的LCD19264液晶來進行吸光度曲線的顯示,該液晶只有192*64的分辨率,因此要進行吸光度曲線的顯示,需要對光譜數據進行壓縮。CCD的有效像元有2 160個,要在19264上進行顯示,有兩種方法:使用翻屏來實現或者使用數據壓縮的方式實現。通過觀察CCD采集的光譜信號發現,吸收峰峰值只在一個或幾個特定的波長出現,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現吸光度曲線在液晶上的顯示。通過設定采樣閥值,把2 160個數據壓縮為192個字節的光譜數據,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行存儲,并比較前后兩個光譜數據的大小,若相等,則只采用其中的一個數據。如果檢測到峰峰值比較大的光譜數據,則把此時采集的序號和峰值的幅度進行存儲,方便在液晶上顯示峰值吸光度。
        利用LCD19264來繪制動態曲線,需要特殊的編程方式來實現。LCD19264是以字節方式寫入的,也就是一次寫入需要準備8bit的數據位。動態曲線的顯示則是以點(相當于1位)的方式進行繪制的,因此繪制動態曲線時需要把字節與點進行轉換。19264其行是以頁來進行操作的,而列則是按單列來操作,64列為一屏,總共3屏,在LCD19264上畫點,橫坐標則是液晶的列,而縱坐標則通過頁來實現,即橫坐標有192個點,縱坐標有64個點(8頁),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頁對應,因此需要進行轉換。按照液晶的結構(圖6)從上到下依次為0頁,1頁,3頁,……,7頁。例如:要找到50對應于哪一頁,首先需要算出50對應于8頁中的哪一頁,50/8=6,因此50對應于第6頁。具體在哪一位可以通過對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.104case.com/article/192783.htm

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        3 測試結果及分析
        通過對方案進行驗證以及對設計的電路圖進行多次調試和修改,得到了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口主要用來實現CPLD程序、單片機程序的下載,同時RS232口還兼有上傳采集數據到PC端的功能。

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        對整個系統在液晶和PC端的數據進行處理并顯示(圖8)可以看出,繪制的光譜曲線有較明顯的差別。這是由于測量過程中,CCD中采集光譜的變化造成的,同時采集過程中光譜數據的采樣時刻的精確性對測量結果會有一定的影響。但液晶上基本可以顯示出光譜峰峰值的位置和大小,從而為物質分析提供參考。

        4 結束語
        對基于CCD的分光光度計電路進行了方案設計和硬件實現,并對設計中的關鍵技術進行了分析和討論,包括噪聲消除方法以及如何利用液晶顯示器繪制動態光譜曲線。為了實現系統不同接口間的速度匹配,采用了FIFO來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實現大數據量的光譜數據采集。通過對白色自然光進行測試,光譜曲線具有較好的分辨度以及較快的探測速度。


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