[发明专利]一种光谱仪的信号采集系统以及采集方法

说明书

技术领域

本发明属于信号采集技术领域，尤其是涉及一种光谱仪的信号采集系统以及采集方法。

背景技术

光谱仪器是光谱与光谱分析学基本的分析工具，是现代天文、化学、物理各研究领域和生产领域的有利工具。随着科学技术的发展，在地矿勘探、生物医学、环境检测等领域对光谱仪器提出了微型化的要求。与以往的大型光谱仪器相比，便携式光谱仪具有体积小、重量轻、功耗低、使用灵活、性价比高等优点；同时微型光谱仪可以作为光电接口设备与光纤探头联合使用，使测量更加方便。便携式光纤光谱仪的研究越来越受到重视。

传统的采集系统是采用单片机提供脉冲信号并进行信号转换和采集等工作，这样做虽然硬件电路非常简单，但是存在资源浪费较多，频率较低的缺陷。这样微控器模块的采样速率也必然受到单片机主频的制约。信号采集模块对信号进行采集时实时性要求很高，一旦微控器模块处理不过来，必然影响整套产品对于光强变化的响应速度。如果为了保证微控器模块有足够资源而采用数字电路来提供脉冲，则外围电路过于复杂，电路板面积很大。如何解决现有的光谱仪信号采集模块的驱动电路存在资源浪费较多、频率较低、外围电路较复杂的缺陷，成为了目前世界各国光谱仪器研制的热点。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种集成度高、速度快、可靠性好并可以有效的减小电路板面积，从而减小光谱仪器的体积以及降低生产的成本光谱仪的信号采集系统以及采集方法。

本发明的技术方案是：一种光谱仪的信号采集系统，包括信号采集模块、CPLD、信号转换模块、处理模块和电机，所述处理模块还包括微控器模块、通讯模块、数据存储模块和数据搬移模块，所述通讯模块、数据存储模块和数据搬移模块依顺序相连接，所述微控器模块分别与数据存储模块、电机和CPLD相连接，通讯模块和微控器模块还与系统外部的上位机相连接，所述CPLD分别与信号采集模块和信号转换模块相连接，所述信号转换模块分别与信号采集模块和数据搬移模块相连接；所述微控器模块通过CPLD控制信号采集模块与信号转换模块进行信号采集和信号转换工作，CPLD控制信号采集模块进行信号采集过程中的驱动信号，信号转换模块将信号采集模块采集的模拟信号转换成数字信号，数据搬移模块将信号转换模块转换完成后的数据存储到数据存储模块，最后由通讯模块将采集到的数据从处理模块内部的数据存储模块传输到上位机。

所述的CPLD为复杂可编程逻辑器件。

所述的通讯模块采用USB2.0作为通讯接口。

所述的处理模块采用STM32F103VBT6作为处理芯片。

所述的电机采用SLA7033驱动步进电机，机械传动控制光栅的位置。

所述的信号采集模块采用TCD1208传感器。

一种光谱仪的信号采集方法，应用在光谱仪的信号采集系统中，其特征在于：包括如下步骤：

a、光谱仪的信号采集系统初始化启动；

b、处理模块接收上位机发送的采集指令；

c、微控器模块设定信号采集模块的曝光时间并向CPLD发出信号采集指令；

d、CPLD操作信号采集模块进行一帧图像数据的2212的像素点信号转换和采集；

e、信号转换模块通过CPLD向微控器模块发出对信号采集模块采集到的一帧图像数据的2160有效像素点中的每一个进行转换就绪通知；

f、数据搬移模块将信号转换模块转换完成的一帧图像数据中的2160有效像素点数据搬移到数据存储模块当一帧图像数据搬移完成后CPLD向微控器模块发出完成信号；

g、微控器模块通过通讯模块将数据存储模块内的数据移入上位机。

进一步，在步骤g完成后，将返回到步骤b，等待上位机发送采集指令。

进一步，在步骤c中微控器模块设定信号采集模块的曝光时间为1毫秒-15秒。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)本发明所述的一种光谱仪的信号采集系统以及采集方法，利用基于CPLD设计的硬件电路代替数字集成电路，此系统和方法集成度高、速度快、可靠性好。

(2)本发明所述的一种光谱仪的信号采集系统以及采集方法，利用处理模块可以集成数据搬移模块的数据搬移功能的设计可以大大提高采集效率。

(3)本发明所述的数据搬移模块的数据搬移功能，可以实现在不需微控器模块的情况下完成数据的搬移，从而节省微控器模块的资源，提高整套产品的可靠性。