论文摘要
光谱分析技术和光谱分析仪器有非常广泛的应用,工业技术的不断发展对光谱分析仪器提出了更高的要求,传统的光谱分析仪器在数据处理速度和精度上已经不能满足工业发展的需求,另一方面,近年来,随着电子技术和计算机技术的迅猛发展,光谱分析仪器逐渐向智能化、微型化的方向发展。本课题通过深入研究光谱分析系统的结构和相关原理,利用线阵CCD及相关光学系统、ARM7电路系统和PC机相结合,设计了一个多通道微型可见光光谱采集系统,分别利用USB2.0的DMA数据传输方式和并行端口数据传输方式,实现了对可见光光谱的实时采集。整个系统分为三个部分:光学系统部分、ARM7电路系统硬件部分、系统的软件部分。在光学系统中,采用的是光纤接入系统,并利用高分辨率的凹面光栅来进行分光处理,再用2048像元的线阵CCD来对光信号进行探测;在ARM7电路系统中,采用ARM7内核微处理器作为整个电路系统的MCU,利用16位精度的高速AD来处理CCD输出的电压信号,此外,电路系统可以通过USB接口或并口来和其他设备进行数据交换,接口齐全,具有良好的扩展性;软件系统则包括了整个采集电路工作程序和PC机上的软件。电路可以在程序控制下正常地工作,CCD由采集电路进行驱动并可以正常工作,整个电路能够正确地采集到CCD输出的光谱信号并实现与PC机或其他设备的高速数据交换;PC机上的软件不仅可以接收和显示采集到的光谱曲线,还可以实现对光谱曲线的定标和降噪等处理。本光谱采集系统已经经过了实际测试,其工作稳定,与传统光谱以相比具有数据处理速度快、精度高、功耗低、功能强大等优点,能够测量的波长范围为300nm~800nm,在波长范围的两端误差相对较大,但在可见光范围内的相关性能指标和误差都在可以接受的范围内。此外,整个系统的体积较小,电路和光学系统的尺寸都有严格的控制,真正做到了微型化,同时整个系统设计的成本也得到了很好的控制。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言1.2 光谱技术及光谱仪器的历史背景及现状1.3 本课题的意义及研究的主要内容1.4 本章小结第二章 系统的光学部分原理及相关理论2.1 光学系统的工作原理2.1.1 凹面光栅的特点2.1.2 凹面光栅的分光原理2.2 CCD 图像传感器2.2.1 CCD 图像传感器的基础理论2.2.2 线阵CCD 的工作原理2.2.3 CCD 主要存在的噪声2.2.4 CCD 存在的非均匀性2.2.5 系统设计所选用的CCD 图像传感器2.3 本章小结第三章 ARM7 光谱数据采集系统的重要组件原理3.1 ARM 的基本理论3.1.1 ARM 概述3.1.2 ARM7TDMI-S 微控制器3.2 系统设计所用的ARM7 处理器3.2.1 LPC2148 概述3.2.2 LPC2148 的存储系统3.2.3 LPC2148 时钟频率3.2.4 LPC2148 的向量中断模块3.3 A/D 转换模块3.3.1 A/D 转换的基本理论3.3.2 实际系统所用的A/D 模块3.4 USB 基本理论3.4.1 USB2.0的特性概述3.4.2 USB 总线简介3.5 本章小结第四章 ARM7 光谱数据采集系统的硬件设计4.1 系统的总体设计方案4.2 驱动模块和数据采集模块的设计4.2.1 ILX554B 的驱动时序设计4.2.2 AD9826 驱动时序以及数字信号接收模块的设计4.3 LPC2148 与AD9826 的接口设计4.4 AD9826 驱动时序和接收模块设计正确性的检验4.5 系统电源的设计4.5.1 LPC2148 与AD9826 的电源设计4.5.2 ILX554B 的电源设计4.6 复位电路的设计4.7 USB2.0 接口模块4.8 并口模块的设计4.9 本章小结第五章 系统软件的设计5.1 下位机软件的设计5.1.1 开发环境 ADS1.2 简介5.1.2 LPC2148 光谱数据采集程序设计5.1.3 USB 程序的设计5.1.4 并口传输程序设计5.2 上位机软件设计5.2.1 面向对象和MFC Windows 程序设计5.2.2 光谱数据接收及显示5.2.3 数据及图像文件的打开和保存5.2.4 信号降噪处理5.2.5 峰值查找算法5.3 本章小结第六章 光谱采集结果处理及数据分析6.1 光谱曲线的定标6.1.1 光谱曲线的波长定标6.1.2 光谱曲线的响应度定标6.2 实验结果分析6.2.1 系统的分辨率6.2.2 波长准确度和重复性6.2.3 系统的杂散光6.2.4 系统的误差分析6.3 本章小结第七章 全文总结7.1 本课题已经完成的工作7.2 课题的后续研究致谢参考文献攻读硕士期间取得的研究成果
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