基于USB2.0的高速高精度分光测色系统设计

论文摘要

随着现代科学技术的飞速发展,传统的颜色测量仪器已经不能满足当前发展的需要。研究、应用领域对分光测色仪提出了小型化、速度快、精度高、使用方便、性价比高等更高要求。因此,本课题旨在研究使用方便的高速高精度分光测色仪。本课题设计了一套基于USB2.0的高速高精度分光测色系统实现方案。采用新出现的脉冲氙灯作为系统的照明光源;CMOS线性图像传感器实现光电信号的高精度转换;分光模块拟采用现有成熟产品。详细设计了其核心部分——集成USB2.0通信接口的EZ-USB FX2作为主控芯片的光谱数据采集系统,实现了光谱数据快速而准确的采集,同时使系统具有易二次开发、高性价比、即插即用等特点。基于课题研究内容,本文首先介绍了分光测色仪的发展现状与工作原理,在此基础上阐述了本系统的总体设计,通过标准照明模块、分光模块、电子线路模块、数据处理模块、系统连接方案这五个方面具体介绍了系统的组成和实现方式;然后详细介绍了基于USB2.0接口技术的光谱数据采集系统,包括硬件设计、固件设计、设备驱动程序设计及上位机软件设计;最后介绍了光谱数据处理模块的设计。本文完成了分光测色系统的具体设计,为高速高精度分光测色仪的最终实现奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题研究内容及主要工作
• 第二章 相关色度学理论
• 2.1 CIE 表色系统
• 2.1.1 CIE RGB 系统
• 2.1.2 CIE XYZ 系统
• 2.2 CIE 色度计算方法
• 2.3 分光测色仪工作原理综述
• 2.3.1 测量的几何条件
• 2.3.2 测色仪的典型组成
• 第三章 测色系统的总体方案及分光模块实现策略
• 3.1 系统总体结构的设计
• 3.1.1 标准照明模块
• 3.1.2 分光模块
• 3.1.3 电子线路模块
• 3.1.4 数据处理模块
• 3.1.5 系统连接方案
• 3.2 高速高精度的设计体现及总体技术指标
• 3.2.1 高速高精度在设计中的体现
• 3.2.2 主要技术指标
• 3.3 分光模块的实现策略
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于USB2.0 的光谱数据采集系统设计
• 4.1 CMOS 图像传感器概述
• 4.2 CMOS 线性图像传感器S8378 在系统中的应用
• 4.3 USB2.0 接口的数据采集与控制系统的硬件设计
• 4.3.1 系统总体设计
• 4.3.2 USB 总线在数据采集方面的优越性
• 4.3.3 系统主控芯片选型
• 4.3.4 系统电源及MCU 周边电路的设计
• 4.3.5 程序存储器的扩展
• 4.3.6 AD 采样电路
• 4.3.7 可编程逻辑芯片选型
• 4.3.8 CPLD 接口电路的设计
• 4.3.9 光源控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 分光测色系统固件开发
• 5.1 USB 接口芯片固件开发
• 5.1.1 EZ-USB FX2 固件架构
• 5.1.2 USB 固件的实现
• 5.1.3 USB 固件的下载
• 5.2 CPLD 固件开发
• 5.2.1 开发环境介绍
• 5.2.2 控制时序实现及仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 USB 驱动及上位机软件设计
• 6.1 基于WDM 的USB 驱动程序设计
• 6.1.1 WDM 驱动程序概述
• 6.1.2 I/O 请求包的处理
• 6.1.3 EZ-USB 通用设备驱动的局限性
• 6.1.4 分光测色系统驱动程序的具体实现
• 6.2 上位机软件的设计
• 6.2.1 应用程序与驱动程序的接口
• 6.2.2 实验平台中的应用软件实现
• 6.2.3 基于LabView 实时曲线显示的研究
• 6.3 光谱数据处理模块的设计
• 6.3.1 有效光谱数据的获取
• 6.3.2 降噪处理
• 6.3.3 定标处理
• 6.3.4 光谱功率分布的计算
• 6.3.5 光谱三刺激值的插值处理
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果