提高dmd哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構的製作方法
2023-06-12 15:56:11
提高dmd哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構的製作方法
【專利摘要】提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，屬於光電儀器製造【技術領域】，為了解決現有技術哈達瑪變換光譜儀的編碼、採集時間非常長的問題，控制FPGA將哈達瑪編碼條紋數據預存到FLASH中；Cortex-M3通過RS-232給FPGA發送開始編碼的命令；FPGA接收到命令後，讀取FLASH中255幀編碼條紋數據到DDR2內存中，通過DAD驅動DMD播放編碼條紋，對光譜進行編碼；當DMD穩定後，FPGA會發送一個同步信號觸發Cortex-M3對光譜信號進行採集，將探測器採集到的信號通過直流放大電路放大及ADC進行轉換得到數位訊號，最後將測得的信號存放在Cortex-M3中，當所有編碼完成後進行解碼。
【專利說明】提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，屬於光電儀器製造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]哈達瑪變換光譜儀同傅立葉變換光譜儀一樣，是一種新型的數字變換光譜儀。由於DMD分光器件的引入使得哈達瑪編碼變得靈活多變，易於編程控制。DMD空間光調製器包含大量微小獨立的活動鏡片，這些鏡片受電路控制能夠引導光線射向兩條不同的路徑，完成對光譜的數位化編碼控制。國內外許多專家學者對DMD哈達瑪變換光譜進行了研究。在國內，主要進行研製的有西安光機所的成像光譜儀，重慶大學的光譜儀。哈達變換光譜儀的編碼過程是每產生一個編碼條紋，對光譜編碼一次，採集一次數據。現有技術通用的哈達瑪變換光譜儀都是通過上位機進行編碼條紋下載，編碼控制，數據採集等，同時探測器的放大電路採用鎖相放大電路。這樣由於上位機和下位機通訊的時間瓶頸，鎖相放大電路所用時間等因素。使得哈達瑪變換光譜儀的編碼、採集時間漫長，255階哈達瑪變換光譜儀的編碼要耗時幾分鐘，不能滿足大量、實時的測量，實用性大大降低；與此同時，此種結構對上位機的依賴比較大，控制過程複雜，上位機與光譜儀的接口多，給室外等惡劣環境中使用帶來不便。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術哈達瑪變換光譜儀的編碼、採集時間非常長，不能滿足大量、實時的測量的問題，本發明提供一種提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構。該電學結構採用下位機編程，將光譜儀的編碼、採集程序寫到主控制板和DMD控制板上；同時將編碼條紋提前燒寫到DMD控制板板載FLASH上；通過DMD的內同步信號觸發探測器採集數據；探測器信號採用直流放大方式。
[0004]本發明的技術方案是:
[0005]提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，包括主控制板和DMD控制板，
[0006]主控制板由Cortex_M3晶片、ADC晶片、放大電路和探測器組成；DMD控制板由可編程的FPGA、高速板載DDR2內存、大容量FLASH、DAD和DMD組成；
[0007]在工作之前先利用計算機控制FPGA將哈達瑪編碼條紋數據預存到FLASH中；工作時計算機與Cortex-M3晶片通信，Cortex-M3晶片通過RS-232給FPGA發送開始編碼的命令；FPGA接收到CorteX-M3晶片的命令後，首先讀取FLASH中255幀編碼條紋數據到DDR2內存中，然後通過DAD驅動DMD播放編碼條紋，對光譜進行編碼；當DMD穩定後，FPGA會發送一個同步信號觸發CorteX-M3晶片對光譜信號進行採集，首先將探測器採集到的信號通過直流放大電路進行放大，然後通過ADC晶片進行轉換得到數位訊號，最後將測得的信號存放在CorteX-M3晶片中的寄存器上，每採集到一個信號後判定編碼是否完成，如果沒有完成，播放下一幀編碼條紋對光譜進行編碼並繼續採集；當編碼完成後，用計算機讀取Cortex-M3晶片中寄存器上的數據進行解碼。
[0008]本發明的有益效果:該結構提高了光譜儀的採集幀頻，對255階的哈達瑪編碼由原來的幾分鐘縮短到不足一秒，使哈達瑪變換光譜儀的大量、實時的測量成為現實；應用過程中需要上位機參與的控制很少，上位機與光譜儀的接口只有一條USB2.0的數據線，其它控制步驟都集成到兩個控制板上，為光譜儀脫離上位機使用奠定了基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1:本發明提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構示意圖。
[0010]圖2:本發明提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構工作流程圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0012]如圖1所示，主控制板由Cortex_M3晶片1、ADC晶片2、放大電路3和探測器4組成；DMD控制板由可編程的FPGA6、高速板載DDR2內存5、大容量FLASH7、DAD8和DMD9組成。
[0013]Cortex-M3晶片I集成了控制光譜儀各個元件的代碼並且可以存儲光譜數據。Cortex-M3晶片I有三個作用:①可以由USB數據線同上位機進行通信；②通過RS-232與FPGA6進行通信控制光譜探測系統採集數據到寄存器上。
[0014]ADC晶片2、放大電路3和探測器4構成光譜探測系統。
[0015]ADC晶片2為模數轉換器，將模擬信號轉換為數位訊號。
[0016]放大電路3採用直流放大，提高採集速度。
[0017]探測器4採集光譜信號。
[0018]DDR2內存5用於緩存哈達瑪編碼條紋。
[0019]FPGA6有四個作用:①向FLASH7中燒寫編碼條紋讀編碼條紋到DDR2內存5中；③與Cortex-M3晶片I進行通信；④對DMD9和DAD8進行核心驅動控制。
[0020]FLASH7存有255幀編碼條紋圖像。
[0021]DAD8為DMD9提供高電壓源及微鏡的復位驅動功能。
[0022]DMD9在光學系統中充當編碼模板對光譜進行調製。
[0023]如圖2所示，在工作之前，先利用計算機控制FPGA6將哈達瑪編碼條紋數據預存到FLASH7中。工作時,計算機與Cortex-M3晶片I通信，Cortex_M3晶片I通過RS-232給FPGA6發送開始編碼的命令；FPGA6接收到Cortex-M3晶片I的命令後，首先讀取FLASH7中255幀編碼條紋數據到DDR2內存5中，然後通過DAD8驅動DMD9播放編碼條紋，對光譜進行編碼；當DMD9穩定後，FPGA6會發送一個同步信號觸發Cortex-M3晶片I對光譜信號進行採集，首先將探測器4採集到的信號通過直流放大電路3進行放大，然後通過ADC晶片2進行轉換得到數位訊號，最後將測得的信號存放在CorteX-M3晶片I中的寄存器上，每採集到一個信號後判定編碼是否完成，如果沒有完成，播放下一幀編碼條紋對光譜進行編碼並繼續採集；當編碼完成後，用計算機讀取CorteX-M3晶片I中寄存器上的數據進行解碼。
【權利要求】
1.提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，包括主控制板和DMD控制板，其特徵是， 主控制板由Cortex-M3晶片(I )、ADC晶片(2)、放大電路(3)和探測器(4)組成；DMD控制板由可編程的FPGA (6)、高速板載DDR2內存(5)、大容量FLASH (7)、DAD (8)和DMD (9)組成； 在工作之前，先利用計算機控制FPGA (6)將哈達瑪編碼條紋數據預存到FLASH (7)中；工作時，計算機與Cortex-M3晶片(I)通信，Cortex_M3晶片(I)通過RS-232給FPGA (6)發送開始編碼的命令；FPGA (6)接收到CorteX-M3晶片(I)的命令後，首先讀取FLASH (7)中255幀編碼條紋數據到DDR2內存(5)中，然後通過DAD (8)驅動DMD (9)播放編碼條紋，對光譜進行編碼；當DMD (9)穩定後，FPGA (6)會發送一個同步信號觸發Cortex-M3晶片(I)對光譜信號進行採集，首先將探測器(4 )採集到的信號通過直流放大電路(3 )進行放大，然後通過ADC晶片(2)進行轉換得到數位訊號，最後將測得的信號存放在Cortex-M3晶片(I)中的寄存器上。每採集到一個信號後判定編碼是否完成，如果沒有完成，播放下一幀編碼條紋對光譜進行編碼並繼續採集；當編碼完成後，用計算機讀取CorteX-M3晶片(I)中寄存器上的數據進行解碼。
2.根據權利要求1所述的提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，Cortex-M3晶片(I)集成了控制光譜儀各個元件的代碼並且可以存儲光譜數據；Cortex-M3晶片(1)，其可以由USB數據線同上位機進行通信；其通過RS-232與FPGA (6)進行通信；其控制光譜探測系統採集數據到寄存器上。
3.根據權利要求2所述的提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，所述光譜探測系統由ADC晶片(2)、放大電路(3)和探測器(4)構成；探測器(4)採集光譜信號，經過放大電路(3)直流放大，提高採集速度，再經過ADC晶片(2)將模擬信號轉換為數位訊號。
4.根據權利要求1所述的提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，DDR2內存(5)用於緩存哈達瑪編碼條紋。
5.根據權利要求1所述的提高DMD哈達瑪變換光譜儀編碼效率的電學結構，FPGA(6)對DMD (9)和DAD (8)進行核心驅動控制。
【文檔編號】G01J3/02GK103925994SQ201410120046
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】劉華, 全向前, 許家林, 盧振武, 王曉朵, 黨博石 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所