基于STM32的微型光纤光谱仪数据采集系统的设计

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1、浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：枷；盏日期：。。I；年6月J。日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复

2、印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保盔团。(请在以上相应方框内打“4”)作者签名：楠埴别噬轹前日期：Mj年‘月卜日日期0,713年6月J口日浙江工业大学硕士学位论文基于STM32的微型光纤光谱仪数据采集系统的设计摘要光谱仪器作为是一种分析物质化学组成及其含量的光学分析仪器，广泛用于物理化学、生物医学以及工农业生产、国防等各个科学领

3、域。随着科学技术的发展，光谱仪的微型化和实现快速、实时及现场检测成为了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，也是实现上述技术要求的关键之一。本文在了解了目前最流行的微型光谱仪的光学结构与电路系统的基础上，开发了一种基于STM32的微型光谱仪的数据采集与传输系统，配合光学系统，构成一款微型光纤光谱仪，其工作波长为300．800nm，分辨率约为1．5nm，实现光谱仪的微型化的同时还满足了实时快速检测的要求。针对设计要求，首先搭建光学系统平台，采用闪耀光栅和两个球面反射镜构成基于折叠Czen

4、ry—Turner结构的光学系统。根据光谱测量的要求，CCD探测器选用东芝公司的线阵CCDTCD

5、304DG，它可以一次性接收整个光谱，并将接收到得光信号转换为电信号。电信号经过高速A／D转换后，数据暂存于外部静态RAM中，然后由微控制器控制通过USB口把数据传输到PC主机，经过处理、分析并绘图显示，解决了CCD输出的大量数据与数据传输速度不够快之间的矛盾。为保证整个系统时序的精确性与控制的灵活性，由复杂可编程逻辑器件浙江工业大学硕士学位论文CPLD配合微控制器产生CCD的驱动时序、AD采样时序、存储电路和数据传输时

6、序。CPLD采用硬件编程语言VHDL实现模块化编程，并在QuartusII开发环境中编译与仿真。微处理器选用的是STM32F103系列芯片，自带USB口，完全兼容USB2．0全速传输协议，保证微型光谱仪的数据传输速度同时，还可以使微型光谱仪利用总线供电、即插即用，达到了体积小、重量轻、结构紧凑的效果，适合野外作业的目的。关键词：微型光纤光谱仪，线阵CCD，CPLD，STM32系列微控制器，USBIllDESIGNOFDATA—ACQUISITIONSYSTEMFORMICROFIBER0PTICSPECTR0～任!T

7、ERBASEDONSTM32ABSTRACTThespectrometerisakindofprecisionopticsanalysisinstrumentwhichisusedtoanalyzevariouskindsofsubstanceschemicalcomponentsanditscontent．Itisappliedextensivelyinmanyfieldssuchasphysicalexperiments，chemicanalysis，biologicalreseal'ch，medicalscie

8、nceandmedicinestudy,industrialandagriculturalproduction，nationaldefense，etc．Itisimportantforspectrometerstobeminiaturizedandmicrominiaturized，aswellastoanalyzeinreal-timeandinsiturapidly．Asanimportantpartofspectrometer,data-acquisitionandtransmissionsystemisone

9、ofthekeytorealizetheaboverequest．Inthisthesis，basedonunderstandingtheopticalsystemandcircuitrysystemthemostpopularmicrofiberspectrometer,anewdata-acquisitionsystenmformicro-