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《哈尔滨工业大学》 2006年
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基于USB总线的微型光谱仪数据采集系统研究

李海英  
【摘要】: 光谱仪器是一种分析物质化学组成及其含量的光学分析仪器,广泛应用于物理、化学、生物医学及工农业生产、国防等各个科学技术领域。随着科学技术的发展及科学领域的扩大,光谱仪的微小型化及实现快速、实时、现场检测已成为一个重要的发展趋势。数据采集与传输系统是微型光谱仪的一个重要组成部分,是实现上述要求的关键技术之一。 目前多数传统光谱仪的数据采集与传输方式在速度、微小型化和使用便捷化方面已不能满足要求,从而限制微型光谱仪的广泛应用。本文在研究CCD和USB原理的基础上,开发出一种基于CCD和USB总线的微型光谱仪的数据采集与传输系统,能够实现光谱仪的微小型化和使用便捷化,同时还达到了实时快速检测的要求。 本文研究的主要内容包括以下四部分: (1)调研了国内外微型光谱仪的发展现状,分析了数据采集与传输系统的应用技术,提出了微型光谱仪的数据采集和传输系统的设计方案。 (2)研究了微型光谱仪的基本结构。根据光谱仪的基本原理和特性,提出了用于荧光检测的微型光谱仪的结构设计。具体分析了光源、光纤探头、光学系统等分系统结构,同时,利用CCD和USB,构建了数据采集与传输系统。 (3)研究CCD在光谱分析领域的应用。采用型号为TCD1208AP的线阵CCD芯片作为光电转换器件,设计了光谱采集系统的CCD前端放大电路、A/D转换电路和缓存电路,经验证此采集系统满足微型光谱仪对光谱数据处理的要求。 (4)在研究PCI总线、RS232等常用的计算机接口的特点的基础上,提出了将一种将USB2.0技术应用于微型光谱仪数据采集系统的设计方案。依据所选USB2.0接口芯片CY7C68013A的性能和系统要求,绘制了具体的硬件设计电路图,编写了固件程序和驱动程序,实现了USB设备枚举与数据传输的功能,定义了应用程序的基本功能。利用USB传输接口,加快了微型光谱仪信号传输速度,使微型光谱仪可以利用总线供电、即插即用,达到了体积小、重量轻、结构紧凑,适合野外作业的目的。
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