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基于USB接口的微型光纤光谱仪软件研究


光谱分析检测技术和光谱分析仪器在现代科学实验、生物研究、医学及医药研究、工农业生产、国防、天文观测等领域应用极其广泛。传统的光谱仪由于存在体积火、探测速度慢、集成度低、使用携带不方便等缺点，不能适应现代科学技术的飞速发展。因此，对光谱仪器的小型化、微型化、快速化等提出了更高要求。但是，当今国内外对微型光纤光谱仪的研究还处在实验室和试产阶段，特别是微型光纤光谱仪的应用软件还没有比较成熟的产品。这些应用软件应用面较窄，有的尚不成熟。对于专业用户来说，有些功能较差，还不能完全满足谱线数据采集、显示、处理、分析等一系列要求，还不能提供一个定性、定量分析和的有力决策工具。因此开发具有体积小、精度高、速度快、性价比高、操作方便、接口简单的微型光谱仪器成为本课题的主要目标。 本课题根据光谱分析理论和特点，结合已有的资料和技术，开发出一种具有实际应用价值的微型光纤光谱仪。本人主要完成了以下几项工作： (1)本课题设计微型光纤光谱仪主要用于生化分析相关的领域，特别是对检测物质的一个定性的分析。依据这一目标，设计出微型光谱仪的硬件原理图及框架结构图，它包括探测器CCD、CCD驱动电路、CPLD控制电路、预处理电路、A/D转换电路、EZ-USB、USB2.0接口电路等。根据实际的应用需要，制定出仪器期望达到的主要性能及技术指标，其中主要的几项技术指标是带通滤波片、工作波段范围、积分时间、波长准确度、A/D转换率、微处理器、时序控制电路、通讯方式。 (2)依据仪器性能和技术指标，选用了具有USB接口的主功能处理器MCU(CY7C68013)。设计出了光谱仪数据采集USB接口的硬件电路，该硬件电路能够实时的采集光谱数据。使用Keil C集成编译环境、EZ-USl3控制面板开发出具有数据采集、数据传输的EZ-USB芯片固件程序。该固件程序可实现：控制EZ-USB芯片CY7C68013接收并处理USB驱动程序的请求完成与上位机通讯、控制芯片CY7C68013完成应用程序的控制命令从主机获得积分时间将其传递到CCD、产生CCD和AD正常工作的驱动时序进而控制A/D模块的数据采集、通过CY7C68013缓存光谱数据并实时上传至上位机等功能，该固件程序传送光谱数据速率可达1M/s。 (3)使用VC++，Windows DDK，Driver Studio等多种软件开发及调试工具，开发出了微型光纤光谱仪的USB驱动程序。该驱动程序可实现设备打开、设备关闭、块读数据、块写数据、固件程序下载等功能，完成了底层硬件同上层应用程序的过渡。在Win2000 OS中，应用程序实现与WDM驱动程序通信是通过调用Win32API函数。在该项目中，采用动态链接库(DLL)将Win32 API函数封装成动态链接库的可调用函数，供光谱仪应用软件直接调用，实现方便的设备连接和数据传输。 (4)采用面向对象的Windows程序设计方法，使用Visual C++集成编译环境开发出用于生化分析的微型光纤光谱仪的采集、分析、处理和显示光谱系统软件。运用动态链接库(DLL)技术、多线程设计技术和MFC程序设计等技术实现了光谱数据的采集、分析、处理和显示等功能。实现了光谱的单次采集、连续采集、存储和读取、波长标定、显示和比较、波峰波谷处理、平滑处理、透光率计算、吸光度计算、波长标定、鼠标跟踪、视图的滚动和缩放、积分时间的控制、系统参数设置等功能。使用该应用软件进行了多次光谱采集和分析试验，能够满足光谱仪器定性、定量分析的要求。 (5)设计出一套坐标标定的算法。坐标的标定关键是确定波长的拟合曲线。波长拟合过程需要标准定标光源的参与，本课题组选用汞灯。在该应用程序中波长标定采用三次多项式拟合，具体的算法是采用最小二乘法进行线性拟合，得到了三次多项式各项系数。 (6)确立了光谱曲线识别的数据结构，标准的光谱曲线特征数据结构包括：特征波长、吸光度、波长阈值、峰值阈值、相对能量。建立了初步的光谱标准曲线数据库。

没找到一模一样的，有个类似的，不知道行不
用于微型光纤光谱仪数据传输的USB接口系统研究