[发明专利]可构成传感网络节点的便携式光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种可构成传感网络节点的便携式光谱仪，该光谱仪可以与其他节点构成传感网络，适合于农田管理，环境监测。

背景技术

目前，各种仪器设备都向着小型化、智能化的方向发展，数字化集成度很高，而大部分光谱仪产品却都是实时传输数据，即光谱仪通过数据传输接口直接与PC机连接，由PC机来控制光谱仪的使用，借助PC机的强大功能来完成数据存储和处理分析，这样虽然在应用软件上有很大的灵活性，只需要在PC机上更新升级相应软件就可以满足需要，但是却极大的影响了仪器的便携式操作使用。所以开发支持离线操作，并且能在仪器终端进行光谱采集、数据存储和处理的便携式光谱仪有一定的实际意义。同时，目前在PC机环境开发了不同的应用软件对光谱进行农学参数分析，处理研究，因此为了将光谱数据导入到PC机，便携式光谱仪设计了MMC卡，USB接口，以太网对光谱数据进行存储和传输，使光谱仪的使用更加灵活。另外，为了光谱分析的准确性，本便携式光谱仪可以与其他节点(定位，温度，湿度等)构成传感网络，获取环境信息。

发明内容

本发明的目的在于使光谱仪脱离PC机的控制，用户直接操作该仪器就可以完成光谱信号采集，并进行初步的光谱分析；另外，本光谱仪可与其他节点构成传感网络，获得光谱采集时的环境信息(位置信息，湿度，温度等)；采集的光谱数据和传感器网络数据可以保存到MMC卡，U盘，或者通过蓝牙和以太网传到上层节点，以便汇集各光谱仪节点上的作物信息，掌握地区的作物生长状况，方便决策管理。另外，仪器的应用软件开发可以在PC机上完成，而不用受到仪器软件的约束，使仪器的软件开发变得简单。

一种可构成传感网络节点的便携式光谱仪，其特征在于：包括光谱光电测量模块、传感器网络模块、数据处理传输发布模块、人机交互操作模块；其中光谱光电测量模块包括光学系统、光电探测器和ADC模数转换器；所述的光学系统包括沿光的传播方向依次设置的狭缝耦合器件、狭缝、反光片和光栅。光电探测器、ADC模数转换器的工作时序由微处理器提供；传感器网络模块包括GPS定位系统、温度采集系统和湿度采集系统；数据处理传输发布模块包括MMC接口、USB接口、以太网，蓝牙一种或者几种，以上各模块均与微处理器相连；人机交互操作模块包括液晶屏和触摸屏，也直接与微处理器相连。

被测光经过光学系统由光电探测器转换为模拟信号，运放电路将光电探测器转换的电信号进行放大后，又经过模数转换器转换成数字信号传送给微处理器，并在液晶屏上显示光谱数据，用户可以通过触摸屏操作光谱仪，获取位置信息，湿度和温度，处理光谱数据，保存光谱数据到MMC卡或U盘中，通过以太网，蓝牙传送光谱数据和传感网络数据到上层节点。

本光谱仪移植了嵌入式Linux操作系统，设计了嵌入式Linux系统下的光谱采集设备驱动、液晶屏驱动、触摸屏驱动、USB驱动、MMC卡，以太网，传感网络节点驱动等。

Linux设备驱动程序负责将应用程序的读写等操作正确无误的传递给相关的硬件，并使硬件能够做出正确的反应，设备驱动隐藏了硬件的工作细节，应用程序只需要通过一组标准化的接口就可以实现对硬件的操作。

有了Linux系统下的光谱采集设备驱动的支持，光谱仪的应用程序就可以像操作普通文件一样来进行光谱的采集，这样使得仪器的应用软件开发完全可以忽略底层的光谱采集的具体实现细节，软件升级更加灵活。其他设备的驱动程序也类似。

另外，Linux操作系统的根文件系统中还移植了QT-embedded图形库，使得在仪器上开发图形界面应用程序更加方便，只需在PC机上利用QT软件开发相应的图形界面应用程序，然后交叉编译后下载到仪器上即可使用。

光电探测器和ADC模数转换器由处理器控制，反射光通过光学系统后，由处理器控制光电探测器进行光电转换，将光信号转换为电信号，得到的模拟电压信号经ADC模数转换器转换为数字信号，并传送给处理器，进行处理分析，显示在液晶屏上，此过程用户可以通过触摸屏来对仪器进行操作。

为了对光谱进行准确的分析，有必要获取光谱采集时的环境信息，因此系统中包含了传感器网络(GPS定位系统，温度采集系统，湿度采集系统等)。

光数据除了可以存放在Flash存储器中，还可以存储在扩展的MMC卡或U盘中，解决了光谱仪的光谱数据海量存储的问题。

用户还可以通过以太网，蓝牙将光谱数据和传感器网络数据传递到上层节点，对光谱数据进行进一步分析处理研究。