專利名稱：可構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的便攜式光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的便攜式光譜儀，該光譜儀可以與其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，適合于農(nóng)田管理，環(huán)境監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
目前，各種儀器設(shè)備都向著小型化、智能化的方向發(fā)展，數(shù)字化集成度很高，而大部分光譜儀產(chǎn)品卻都是實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，即光譜儀通過數(shù)據(jù)傳輸接口直接與PC機(jī)連接，由PC機(jī)來控制光譜儀的使用，借助PC機(jī)的強(qiáng)大功能來完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理分析，這樣雖然在應(yīng)用軟件上有很大的靈活性，只需要在PC機(jī)上更新升級(jí)相應(yīng)軟件就可以滿足需要，但是卻極大的影響了儀器的便攜式操作使用。所以開發(fā)支持離線操作，并且能在儀器終端進(jìn)行光譜采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的便攜式光譜儀有一定的實(shí)際意義。同時(shí)，目前在PC機(jī)環(huán)境開發(fā)了不同的應(yīng)用軟件對(duì)光譜進(jìn)行農(nóng)學(xué)參數(shù)分析，處理研究，因此為了將光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PC機(jī)，便攜式光譜儀設(shè)計(jì)了 MMC卡，USB接口，以太網(wǎng)對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸，使光譜儀的使用更加靈活。另外，為了光譜分析的準(zhǔn)確性，本便攜式光譜儀可以與其他節(jié)點(diǎn)(定位，溫度，濕度等)構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，獲取環(huán)境信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使光譜儀脫離PC機(jī)的控制，用戶直接操作該儀器就可以完成光譜信號(hào)采集，并進(jìn)行初步的光譜分析；另外，本光譜儀可與其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，獲得光譜采集時(shí)的環(huán)境信息(位置信息，濕度，溫度等)；采集的光譜數(shù)據(jù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可以保存到MMC卡，U盤，或者通過藍(lán)牙和以太網(wǎng)傳到上層節(jié)點(diǎn)，以便匯集各光譜儀節(jié)點(diǎn)上的作物信息，掌握地區(qū)的作物生長(zhǎng)狀況，方便決策管理。另外，儀器的應(yīng)用軟件開發(fā)可以在PC機(jī)上完成，而不用受到儀器軟件的約束，使儀器的軟件開發(fā)變得簡(jiǎn)單。一種可構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的便攜式光譜儀，其特征在于包括光譜光電測(cè)量模塊、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊、數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊、人機(jī)交互操作模塊；其中光譜光電測(cè)量模塊包括光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述的光學(xué)系統(tǒng)包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的狹縫耦合器件、狹縫、反光片和光柵。光電探測(cè)器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)序由微處理器提供；傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊包括GPS定位系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)和濕度采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊包括MMC接口、USB接口、以太網(wǎng)，藍(lán)牙一種或者幾種，以上各模塊均與微處理器相連；人機(jī)交互操作模塊包括液晶屏和觸摸屏，也直接與微處理器相連。被測(cè)光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，運(yùn)放電路將光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行放大后，又經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給微處理器，并在液晶屏上顯示光譜數(shù)據(jù)，用戶可以通過觸摸屏操作光譜儀，獲取位置信息，濕度和溫度，處理光譜數(shù)據(jù)，保存光譜數(shù)據(jù)到MMC卡或U盤中，通過以太網(wǎng)，藍(lán)牙傳送光譜數(shù)據(jù)和傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到上層節(jié)點(diǎn)。本光譜儀移植了嵌入式Linux操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了嵌入式Linux系統(tǒng)下的光譜采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)、液晶屏驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)、MMC卡，以太網(wǎng)，傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)等。Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序的讀寫等操作正確無誤的傳遞給相關(guān)的硬件，并使硬件能夠做出正確的反應(yīng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)隱藏了硬件的工作細(xì)節(jié)，應(yīng)用程序只需要通過一組標(biāo)準(zhǔn)化的接口就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的操作。有了 Linux系統(tǒng)下的光譜采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)的支持，光譜儀的應(yīng)用程序就可以像操作普通文件一樣來進(jìn)行光譜的采集，這樣使得儀器的應(yīng)用軟件開發(fā)完全可以忽略底層的光譜采集的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，軟件升級(jí)更加靈活。其他設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序也類似。另外，Linux操作系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)中還移植了 QT_embedded圖形庫,使得在儀器上開發(fā)圖形界面應(yīng)用程序更加方便，只需在PC機(jī)上利用QT軟件開發(fā)相應(yīng)的圖形界面應(yīng)用程序，然后交叉編譯后下載到儀器上即可使用。光電探測(cè)器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器由處理器控制，反射光通過光學(xué)系統(tǒng)后，由處理器控制光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到的模擬電壓信號(hào)經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳送給處理器，進(jìn)行處理分析，顯示在液晶屏上，此過程用戶可以通過觸摸屏來對(duì)儀器進(jìn)行操作。為了對(duì)光譜進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，有必要獲取光譜采集時(shí)的環(huán)境信息，因此系統(tǒng)中包含了傳感器網(wǎng)絡(luò)(GPS定位系統(tǒng)，溫度采集系統(tǒng)，濕度采集系統(tǒng)等)。光數(shù)據(jù)除了可以存放在Flash存儲(chǔ)器中，還可以存儲(chǔ)在擴(kuò)展的MMC卡或U盤中，解決了光譜儀的光譜數(shù)據(jù)海量存儲(chǔ)的問題。用戶還可以通過以太網(wǎng)，藍(lán)牙將光譜數(shù)據(jù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞到上層節(jié)點(diǎn)，對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析處理研究。本發(fā)明能夠完成光譜信號(hào)采集、存儲(chǔ)、顯示和數(shù)據(jù)處理，傳輸?shù)裙δ?，在?qiáng)大的硬件平臺(tái)和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的支持下，使儀器終端可以脫離PC機(jī)控制而獨(dú)立使用，并且光譜儀可以與其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，獲取環(huán)境信息(位置，溫度，濕度等)。


圖I本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中I.光纖/狹縫耦合部件(透鏡焦距10mm，口徑6mm)2.狹縫3.線陣 CCD圖3Linux字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
圖4光譜采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)流程5 (a)處理器與ADC的接口示意5(b)處理器與線陣CXD的接口示意5 (C)線陣CXD與ADC的接口原理6傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
圖7 (a) USB接口電路7 (b) MMC卡接口電路7 (C)藍(lán)牙接口電路圖
圖7(d)以太網(wǎng)接口電路圖
圖8 (a) IXD控制器與液晶屏接口電路示意圖
圖8 (b)液晶屏驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)9觸摸屏電路原理10儀器光譜采集界面圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖I 10對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明如圖I所示，本實(shí)施例包括光譜光電測(cè)量模塊(光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、運(yùn)放電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊(GPS定位，溫度采集，濕度采集)、數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊(MMC，USB,以太網(wǎng)，藍(lán)牙)、人機(jī)交互操作模塊(液晶屏、觸摸屏)等，而微處理器負(fù)責(zé)控制和調(diào)度四個(gè)模塊。被測(cè)光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在液晶屏上顯示光譜數(shù)據(jù)，用戶可以通過觸摸屏操作光譜儀，獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)(位置信息，濕度，溫度等)，處理光譜數(shù)據(jù)，保存光譜數(shù)據(jù)到MMC卡或U盤中，通過以太網(wǎng)，藍(lán)牙傳送光譜數(shù)據(jù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到上層節(jié)點(diǎn)。接下來分別對(duì)各模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。其中光譜光電測(cè)量模塊包括圖2-圖5 ;傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊為圖6 ;數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊為圖7 ;人機(jī)交互操作模塊包括圖8-圖10。光柵是光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為重要的光學(xué)器件。本系統(tǒng)采用的是平場(chǎng)凹面光柵，如圖2所示，它既可作為色散系統(tǒng)同時(shí)又可兼作成像系統(tǒng)，使用其構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，所需要的元件最少；而且平場(chǎng)凹面光柵是像差校正光柵，不需要進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和像差修正。系統(tǒng)工作時(shí)，光柵把光譜圖像匯聚到一個(gè)線平面上，通過線陣CXD能同時(shí)探測(cè)到各光譜的強(qiáng)度信號(hào)。選用的平場(chǎng)凹面光柵的參數(shù)如下
刻線密度(//層7) 217. 15 波長(zhǎng)范圍(腫) 400 950 光譜長(zhǎng)度Um) 20.15 刻劃面積00 光柵中心厚度 IOww入射角Ge -2.5°
入射臂La(mm) 84. 90
對(duì)于短波A1 = AOOnm的出射臂Lb'(mm) 95. 67對(duì)于長(zhǎng)波毛=95O腫的出射臂Z62(WW) 111. 55垂直于光譜面的出射臂Aj(WW) 64.00對(duì)于4的衍射角爲(wèi) 7.50。
對(duì)于A2的衍射角P1 14. 48 °
對(duì)應(yīng)&的衍射角八 -40.51°如圖3所示，本實(shí)施例采用了嵌入式Linux操作系統(tǒng)，在Linux系統(tǒng)里，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序隱藏了設(shè)備的具體操作細(xì)節(jié)，對(duì)各種不同的設(shè)備提供了一致的接口，把每個(gè)設(shè)備映射為一個(gè)特殊的設(shè)備文件，用戶程序可以像對(duì)其它文件操作那樣對(duì)此設(shè)備文件進(jìn)行操作，驅(qū)動(dòng)程序則正確無誤的將這些操作傳遞給相關(guān)的硬件，并使硬件能夠做出正確的反應(yīng)。Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三種。字符設(shè)備是指在讀寫時(shí)沒有緩存的設(shè)備，顯然實(shí)施例中的光譜采集設(shè)備屬于字符設(shè)備。字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)由如下幾個(gè)部分組成I.字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊加載和卸載函數(shù)在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊加載函數(shù)中應(yīng)該完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)的初始化(比如寄存器置位、結(jié)構(gòu)體賦值等)和向內(nèi)核注冊(cè)設(shè)備，而在卸載函數(shù)中應(yīng)回收相應(yīng)的資源，從系統(tǒng)中注銷該設(shè)備。2.字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的file_operations結(jié)構(gòu)體中的成員函數(shù)file_operations結(jié)構(gòu)體中成員函數(shù)是字符驅(qū)動(dòng)與內(nèi)核的接口，是用戶空間對(duì)Linux進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用最終的落實(shí)者。大多數(shù)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)會(huì)實(shí)現(xiàn)read()、write ()和ioctl ()函數(shù),這些函數(shù)實(shí)際會(huì)在應(yīng)用程序進(jìn)行Linux的open() >write ()、read()、close()等系統(tǒng)調(diào)用時(shí)最終被調(diào)用。本實(shí)施例的光譜采集設(shè)備采用了線陣CCD作為光電探測(cè)器，并將其和ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)設(shè)備來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。Linux系統(tǒng)下光譜采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)主要是完成設(shè)備的初始化和file_operations結(jié)構(gòu)體中的函數(shù)定義和實(shí)現(xiàn)。對(duì)于(XD的操作主要是通過處理器的IO 口產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，使其按序輸出像素信號(hào)，處理器的IO 口完成對(duì)ADC的工作時(shí)序產(chǎn)生控制，令其完成CCD輸出的每個(gè)像素信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以可以在file_operations結(jié)構(gòu)體中定義open、release、read函數(shù)，open函數(shù)主要完成設(shè)備的初始化和注冊(cè)，release函數(shù)主要完成設(shè)備的注銷和資源的釋放，read函數(shù)讀取光譜信號(hào)，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。如圖4所示，通過分析線陣CCD和ADC的工作時(shí)序，采集設(shè)備的光譜信號(hào)讀取過程為先給C⑶的ROG—個(gè)低電平(長(zhǎng)度為5000ns)，在ROG重新變高后，C⑶就在CLK信號(hào)同步下輸出信號(hào)。CCD每次輸出的2087個(gè)像素模擬信號(hào)，分別為33個(gè)首部偽數(shù)據(jù)字段、2048個(gè)有效數(shù)據(jù)和6個(gè)尾部偽數(shù)據(jù)字段組成。其中的2048個(gè)有效數(shù)據(jù)和首部偽數(shù)據(jù)字段的后20個(gè)數(shù)據(jù)是我們需要得到的，所以從第14個(gè)數(shù)據(jù)到第2087個(gè)數(shù)據(jù)中的每個(gè)模擬信號(hào)都通過SHP，SHD, DATACLK來啟動(dòng)ADC完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。C⑶的所有像素模擬信號(hào)輸出完成后，一次光譜采集結(jié)束。光譜信號(hào)采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)的read函數(shù)可以按照此流程來進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^調(diào)整ROG高電平持續(xù)時(shí)間來調(diào)節(jié)積分時(shí)間。該光譜儀的硬件平臺(tái)需要能夠移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)，需要采用功能強(qiáng)大的處理器來支持，所以本 實(shí)施例中的微處理器采用了 TI公司的AM3517處理器，該處理器內(nèi)部集成眾多外設(shè)，如USB控制器、以太網(wǎng)控制器，MMC卡控制器、LCD控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。圍繞AM3517處理器，建立整個(gè)儀器的硬件平臺(tái)，除了處理器內(nèi)部集成的控制器之外，我們還需要擴(kuò)展觸摸屏控制器、液晶屏驅(qū)動(dòng)電路、電源、以及光譜采集所需要的器件等。光電探測(cè)器采用了 SONY公司的光譜測(cè)量范圍為200nm IlOOnm的2048個(gè)有效像素的線陣CXD (型號(hào)為ILX554B)。如圖5所示，本實(shí)施例的線陣CXD(型號(hào)為ILX554B)和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器(型號(hào)為AD9945)分別與處理器AM3517相連，AM3517通過ROG和CLK信號(hào)線產(chǎn)生CCD的工作時(shí)序，CCD輸出的模擬電壓信號(hào)通過運(yùn)放電路由ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。如圖6所示，本實(shí)施例包含了傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以完成GPS系統(tǒng)定位，溫度和濕度采集，從而獲取光譜采集的環(huán)境信息，有助于光譜分析。如圖7所示，本實(shí)施例使用了處理器內(nèi)部的MMC(MultiMediaCard)控制器和USB控制器，設(shè)計(jì)了 MMC接口和USB接口，以供儀器擴(kuò)展MMC卡和U盤，方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。另外，利用處理器內(nèi)部的以太網(wǎng)控制器和藍(lán)牙控制器，設(shè)計(jì)了網(wǎng)口和藍(lán)牙接口，方便與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交互。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)中，已經(jīng)有許多相關(guān)驅(qū)動(dòng)，如IXD驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)、MMC卡驅(qū)動(dòng)和USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，在上述硬件設(shè)備的支持下，只需要按照本系統(tǒng)的硬件資源，修改相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，并將這些驅(qū)動(dòng)加入到操作系統(tǒng)內(nèi)核中，每次開機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)后，就可以被應(yīng)用程序使用。另外，本實(shí)施例在嵌入式Linux根文件系統(tǒng)中移植了 QT-embedded圖形庫，這樣我們就可以更方便開發(fā)出圖形界面應(yīng)用程序，方便用戶操作使用，借助QT軟件，我們可以在PC機(jī)上開發(fā)好界面，交叉編譯后就可以在光譜儀上使用，不用受到光譜儀本身的約束。如圖8所示，本實(shí)施例中的液晶平選用了 SHARP公司的3. 5寸TFT液晶屏LQ035Q7DH06,它帶有四線電阻式觸摸屏，如圖5所示，微處理器通過其IXD控制器驅(qū)動(dòng)液晶屏，液晶屏與LCD控制器之間需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路主要提供包括多路電壓源，控制時(shí)序和像素信號(hào)的電路，背光源電路以及公共電極電壓電路。如圖9所示，本實(shí)施例通過擴(kuò)展觸摸屏控制來實(shí)現(xiàn)儀器的觸摸屏功能，觸摸屏控制器提供了四個(gè)信號(hào)線接口(left、upper、right、down)連接觸摸屏,它與處理器通過SPI總線相連，當(dāng)觸摸屏被按下，觸摸屏控制器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生中斷時(shí)，通過GPIO來通知處理器中斷，處理器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過坐標(biāo)換算得到觸點(diǎn)的坐標(biāo)。如圖10所示，該界面是一個(gè)光譜采集界面實(shí)例，界面上設(shè)計(jì)了幾個(gè)功能按鈕，用戶可以通過觸摸屏點(diǎn)擊按鈕，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。本實(shí)施例的使用方法為開機(jī)，等待系統(tǒng)啟動(dòng)后，液晶屏上顯示光譜采集界面，界面上面集成有按鈕控件，可以使用觸摸筆點(diǎn)擊液晶屏上的按鈕控件，然后調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。例如通過切換Start和Stop按鈕實(shí)現(xiàn)光譜的采集與終止；通過切換Show和Hide按鈕能實(shí)現(xiàn)光譜的顯示和隱藏；Save按鈕用于光譜數(shù)據(jù)的保存；Para用于光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理；Func按鈕中包含了積分時(shí)間設(shè)置，光譜收縮，光譜尋峰，傳感器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(GPS定位，溫度采集，濕度采集)以及農(nóng)學(xué)參數(shù)測(cè)量等；Trans按鈕用于實(shí)現(xiàn)光譜儀向上層節(jié)點(diǎn)傳送光譜數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中的光譜儀的主要技術(shù)參數(shù)為光譜儀光學(xué)系統(tǒng)尺寸160*90*65mm光譜儀體積160*90*11Omm光譜測(cè)量范圍300nm 1OOnm光譜分辨率< 3nm光譜最快掃描時(shí)間20ms存儲(chǔ)方式MMC卡，U盤通訊方式藍(lán)牙，以太網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種可構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的便攜式光譜儀，其特征在于包括光譜光電測(cè)量模塊、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊、數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊、人機(jī)交互操作模塊；其中光譜光電測(cè)量模塊包括光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述的光學(xué)系統(tǒng)包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的狹縫耦合器件、狹縫、反光片和光柵；光電探測(cè)器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)序由微處理器提供；傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊包括GPS定位系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)和濕度采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊包括MMC接口、USB接口、以太網(wǎng)，藍(lán)牙一種或者幾種，以上各模塊均與微處理器相連；人機(jī)交互操作模塊包括液晶屏和觸摸屏，也直接與微處理器相連； 所述的光學(xué)系統(tǒng)中的光柵為平場(chǎng)凹面光柵，且平場(chǎng)凹面光柵的參數(shù)為 刻線密度(//層0 217. 15波長(zhǎng)范圍(腫) 400 950光譜長(zhǎng)度Um) 20.15 刻劃面積00 光柵中心厚度 IOww 入射角a -2.5° 入射臂La(mm) 84. 90 對(duì)于短波A1 = AOOnm的出射臂Lb'(mm) 95. 67 對(duì)于長(zhǎng)波毛=95O腫的出射臂Z62(WW) 111. 55 垂直于光譜面的出射臂Aj(WW) 64.00 對(duì)于4的衍射角爲(wèi) 7.50。
對(duì)于A2的衍射角P1 14. 48 °對(duì)應(yīng)&的衍射角A -40.51°。
全文摘要
一種可構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的便攜式光譜儀，其特征在于包括光譜光電測(cè)量模塊、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊、數(shù)據(jù)處理傳輸發(fā)布模塊、人機(jī)交互操作模塊；其中光譜光電測(cè)量模塊包括光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述的光學(xué)系統(tǒng)包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的狹縫耦合器件、狹縫、反光片和光柵；傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊包括GPS定位系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)和濕度采集系統(tǒng)；所述的光學(xué)系統(tǒng)中的光柵為平場(chǎng)凹面光柵。本光譜儀的優(yōu)點(diǎn)在于不用PC機(jī)進(jìn)行控制而獨(dú)立完成光譜采集、分析處理的功能，更加便于操作和攜帶，同時(shí)通過MMC，USB多種存儲(chǔ)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外可以通過以太網(wǎng)和藍(lán)牙與上層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)傳輸，還可以獲取光譜的采集環(huán)境信息。
文檔編號(hào)G01J3/02GK102620823SQ201210080878
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者張娣, 徐喆, 李洪森, 李濤, 楊娜 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)