光谱分析测试技术和光谱仪器的应用非常广泛,在物理化学基础理论研究、天文观测、矿产资源勘测和工业产品质量分析等领域发挥着重要作用。随着工业技术的发展,其要求也越来越高,传统光谱仪的速度和精度已不能满足现在工业发展的要求。 同时,随着PC机的广泛使用,配置越来越高,功能越来越强,价格也越来越便宜;USB接口技术逐渐成熟,从低速、全速到现在的高速传输,其方便、高速、简单、扩展好等特点为大家所认同,几乎现在所有主板都带USB口。另外51单片机技术也已经成熟,凭借其使用简单,价格便宜的优势,在嵌入式开发中占了一席之地。 基于以上现状,针对现在高精度、高速度的光谱测量要求,本文提出了一种基于USB2.0接口技术,利用CCD成像,通过USB高速总线接口的快速高精度光谱分析系统。文中从三大块(测量原理分析、数据采集硬件系统的设计、主机PC软件)对系统作了详细的介绍。 文中首先分析了光谱解析系统的工作原理,详细介绍了凹面光栅的分光过程。光线经过分光后聚焦成像到CCD上,文中推导出了CCD象素与光谱波长之间的理论公式,并采用最小二乘多次函数来拟合波长—象素曲线。 其次,文中详细介绍了数据采集硬件系统的实现过程。针对本系统的速度、精度等要求,并了解比较了市场上的MCU、AD芯片状况,选择了适于本系统并能简化开发周期的芯片。根据其特点,文中详细介绍了硬件系统连接和固件驱动编程的实现过程。 之后的PC软件的处理也是相当重要的部分,包括数据的控制读取,数据的滤波去噪,利用改进的一阶差分算法来对曲线自动寻峰,以及对曲线的波长定标和响应定标。 最后分析了系统的最小分辨率,并测量了实际数据来验证其准确性。本文涉及系统已经过实际测试,工作情况稳定,与以往光谱测量仪器相比,本文涉及系统具有功耗低,功能强,速度快,精度高等特点。另外利用带USB接口的芯片FX2,使得系统有很好的扩展性,有利于系统以后的升级。