基于微型計算機Edison的線性漸變?yōu)V光片式手持智能光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及近紅外光譜儀技術領域，具體涉及一種基于微型計算機Edison的線性漸變?yōu)V光片式手持智能光譜儀。
【背景技術】
[0002]光譜儀，特別是近紅外光譜儀，可以用于食品檢測，可以檢測水果糖分、農(nóng)藥殘留、食用油品質，是多用途的光譜分析設備，可以用于日常生活。近紅外光譜分析基于化學計量學方法，針對每種分析成分都需要相應的分析模型，民用化的產(chǎn)品需要廠家提供大量的分析模型并根據(jù)應用情況不斷更新。
[0003]現(xiàn)有的微型光譜儀多使用光柵等分光元件，很難做成非常小的手持儀器。近些年出現(xiàn)了使用漸變?yōu)V光片為分光元件的光譜儀，使光譜儀體積更加緊湊，很適合應用這一元件設計可獨立工作的手持光譜儀系統(tǒng)。移動醫(yī)療、智能終端等電子設備興起，出現(xiàn)了很多可隨身攜帶的檢測設備或移動終端，英特爾等大公司提供了很多一體化解決平臺，這些平臺功能強大，外設齊全，可以獨立組成測量設備并可與手機等便攜設備連接，微型光譜儀與這些智能平臺結合可以組成功能強大的手持儀器。目前已經(jīng)有一些智能設備，可以檢測亞硝酸胺等成分，設備較智能，可以通過藍牙與手機連接，但這些設備原理是根據(jù)電導率或者使用一兩個波長，檢測功能較單一。
[0004]目前，通過近紅外光譜分析方法檢測完整光譜、尤其是采用化學計量學方法檢測的手持式智能光譜儀還未見報道。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決現(xiàn)有近紅外光譜儀存在的檢測功能單一，無法檢測完整光譜的問題，本發(fā)明提供一種基于微型計算機Edison的線性漸變?yōu)V光片式手持智能光譜儀。
[0006]本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0007]本發(fā)明的基于微型計算機Edison的線性漸變?yōu)V光片式手持智能光譜儀，包括:殼體，固定在殼體內部的光源組、毛玻璃、柱面鏡、線性漸變?yōu)V光片、線陣列CMOS探測器、信號處理器、鋰電池、微型計算機Edison、模數(shù)轉換器、3.3V電源、電壓基準和充電管理器，固定在殼體外部的總開關和液晶觸控屏；
[0008]所述光源組、毛玻璃、柱面鏡和線陣列CMOS探測器依次設置，所述線性漸變?yōu)V光片貼在線陣列CMOS探測器前表面，所述線陣列CMOS探測器、信號處理器、模數(shù)轉換器和電壓基準依次相連，所述鋰電池、充電管理器和總開關依次相連，所述線陣列CMOS探測器、信號處理器、模數(shù)轉換器、總開關、液晶觸控屏和電壓基準均與3.3V電源相連，所述線陣列CMOS探測器、模數(shù)轉換器、總開關和液晶觸控屏均與微型計算機Edison相連；
[0009]所述光源組的光線依次經(jīng)毛玻璃均化、柱面鏡聚光、線性漸變?yōu)V光片分光處理后入射至線陣列CMOS探測器上，通過液晶觸控屏向微型計算機Edison發(fā)送控制指令，微型計算機Edison分別向線陣列CMOS探測器和模數(shù)轉換器發(fā)送控制信號，此時線陣列CMOS探測器將接收的光信號轉換為電信號傳輸給信號處理器，電信號經(jīng)信號處理器運放調整后輸出模擬信號并通過電壓基準傳輸給模數(shù)轉換器，模擬信號經(jīng)模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號傳輸給微型計算機Edison，微型計算機Edison運用其內部的光譜數(shù)據(jù)分析處理軟件對數(shù)字信號進行分析處理得到光譜數(shù)據(jù)，采用化學計量學方法從光譜數(shù)據(jù)中得到物質成分信息，同時將光譜數(shù)據(jù)及成分信息儲存在微型計算機Edison內部的存儲空間中，通過液晶觸控屏顯示光譜數(shù)據(jù)及成分信息；微型計算機Edison運用其內部的WIFI模塊與網(wǎng)絡連接，根據(jù)需要上傳光譜數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫、更新微型計算機Edison內部儲存的光譜儀分析模型。
[0010]所述光源組由六個相同的光源組成，六個光源對稱固定在毛玻璃前端兩側；所述光源為微型鹵素燈或LED燈。
[0011]所述線性漸變?yōu)V光片的光譜范圍為600nm?IlOOnm ;所述鋰電池采用3.7V鋰聚合物電池，為微型計算機Edison供電。
[0012]所述線陣列CMOS探測器采用Dynamax公司的ELIS-1024，有1024個像元，通過MO、Ml兩個引腳控制像元合并，可以實現(xiàn)1024、512、256、128的像素分辨率，默認像素分辨率為256像元，根據(jù)光強大小通過軟件自動調整線陣列CMOS探測器的積分時間。
[0013]所述信號處理器主要通過兩個型號均為0PA320的放大器實現(xiàn)。
[0014]所述微型計算機Edison帶有70針的I/O 口插座，長35.5mm，寬25mm，高不超過3.9mm ;雙核500MHz，內部安裝有操作系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)分析處理軟件；內部集成IGB LPDDR3和4G的內部存儲空間，用于存儲光譜數(shù)據(jù)和光譜儀分析模型，滿足近紅外分析對運算能力和存儲空間的需求；內置藍牙、WIFI模塊、GPS模塊，利用GPS模塊為得到的光譜數(shù)據(jù)增加位置信息。
[0015]所述模數(shù)轉換器采用低功耗芯片ADS8860，分辨率16位，采樣速率最高IMHz。
[0016]所述3.3V電源主要通過型號為LT1117-3.3的低壓差線性穩(wěn)壓器實現(xiàn)，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出與線陣列CMOS探測器、信號處理器、模數(shù)轉換器、液晶觸控屏和電壓基準相連，為線陣列CMOS探測器、信號處理器、模數(shù)轉換器、液晶觸控屏和電壓基準提供3.3V電源。
[0017]所述電壓基準主要通過型號為REF3330的電壓基準芯片和型號為0PA333的放大器實現(xiàn)，所述電壓基準為模擬轉換器提供3V基準電壓。
[0018]所述充電管理器主要通過型號為XC6802的充電管理芯片和發(fā)光二極管實現(xiàn)，所述充電管理芯片的輸出與鋰電池相連，用于管理鋰電池充電過程，所述發(fā)光二極管用于指示充電狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、本發(fā)明的手持智能光譜儀采用線性漸變?yōu)V光片分光，采用線陣列CMOS探測器接收光信號，光學部分結構緊湊。
[0021]2、本發(fā)明的手持智能光譜儀為手持式，體積小，結構緊湊，可置于口袋中，可隨身攜帶。
[0022]3、本發(fā)明的手持智能光譜儀采用微型計算機Edison作為微控制器，其余電路有模數(shù)轉換電路、電壓基準電路、電源管理電路，電路系統(tǒng)采用低功耗的設計，需求電壓也較低，整個光譜儀使用鋰電池供電。
[0023]4、本發(fā)明的手持智能光譜儀運算功能較強，能存儲較多的光譜儀分析模型，通過微型計算機Edison集成的WIFI模塊能夠與手機等上位機進行通訊，通過液晶觸控屏控制，顯示光譜數(shù)據(jù)及成分信息，記錄位置信息，并可以與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換以及更新光譜儀分析模型。
[0024]5、本發(fā)明的手持智能光譜儀適合普通消費者用于日常食品檢測，可以進行食品含水量、糖分、脂肪含量、含油量檢測、部分添加劑檢測以及食用油種類、品質等的檢測。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的基于微型計算機Edison的線性漸變?yōu)V光片式手持智能光譜儀的正視圖。
[0026]圖2為圖1所示的光譜儀的俯視圖。
[0027]圖3為圖1所示的光譜儀的左視圖。
[0028]圖4為本發(fā)明的基于微型計算機Edison的線性漸變?yōu)V光片式手持智能光譜儀的原理示意圖。
[0029]圖5為信號接收及處理的電路圖。
[0030]圖6為模數(shù)轉換的電路圖。
[0031]圖7為充電管理器與3.3V電源通過總開關相連后的電路圖。
[0032]圖中:1、光源組，2、毛玻璃，3、柱面鏡，4、線性漸變?yōu)V光片，5、線陣列CMOS探測器，6、信號處理器，7、鋰電池，8、殼體，9、微型計算機Edison，10、模數(shù)轉換器，11、3.3V電源，12、總開關，13、液晶觸控屏，14、電壓