在线式高速多通道光谱数据采集系统的制作方法
【专利摘要】在线式高速多通道光谱数据采集系统，涉及信号采集系统领域，解决了现有采用单片机实现数据采集的光谱数据采集系统存在的采集速度较慢、灵活性差、不能满足在线高速数据采集需要的问题。系统上电初始化，FPGA芯片向A/D转换芯片发送时钟信号和控制信号启动A/D转换芯片，模拟信号经一级放大器、低通滤波器、二级放大器后输出给两个A/D转换芯片，A/D转换芯片对调理后的模拟信号进行模数转换输出数字信号，FPGA芯片将其暂存至SRAM缓存器中；暂存结束后，FPGA芯片使能与计算机通信的地址总线、数据总线和控制总线，计算机读取SRAM缓存器中的数据，读取完毕后FPGA芯片清除SRAM缓存器中的储存数据，释放SRAM缓存器空间。本发明采集速度快，方便灵活，满足在线高速采集的需要。
【专利说明】在线式高速多通道光谱数据采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号采集系统【技术领域】，具体涉及一种在线式高速多通道光谱数据采集系统。
【背景技术】
[0002]土壤养分的多少对于农作物的生长和肥料的使用有着至关重要的影响，对于土壤养分的分析可以给农民的播种和施肥以指导作用。对于土壤养分的分析，可以通过近红外光谱分析仪来实现。对于近红外光谱分析仪的数据在线高速采集、暂存和发送，是该光谱分析仪中至关重要的一部分，直接影响着光谱分析仪的性能。现有的光谱数据采集系统一般是通过单片机实现，但是单片机的速度较慢，不具备灵活性和易用性，不能满足光谱分析仪在线高速数据采集的需要。
【发明内容】
[0003]为了解决现有采用单片机实现数据采集的光谱数据采集系统存在的采集速度较慢、灵活性差、不能满足在线高速数据采集需要的问题，本发明提供一种在线式高速多通道光谱数据采集系统。
[0004]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0005]本发明的在线式高速多通道光谱数据采集系统，包括:
[0006]FPGA 芯片；
[0007]与FPGA芯片相连的SRAM缓存器；
[0008]与FPGA芯片相连的计算机；
[0009]信号调理转换单元，所述信号调理转换单元包括与光谱分析仪相连的一级放大器、与一级放大器相连的低通滤波器、与低通滤波器相连的二级放大器、与二级放大器相连的两个A/D转换芯片；两个A/D转换芯片均与FPGA芯片相连；
[0010]系统上电，FPGA芯片初始化，向A/D转换芯片发送时钟信号配置A/D转换芯片，发送控制信号启动A/D转换芯片，光谱分析仪输出的模拟信号依次经过一级放大器的一级放大、低通滤波器滤波、二级放大器的二级放大作用后分别输出给两个A/D转换芯片，A/D转换芯片对调理后的模拟信号进行模数转换输出数字信号，FPGA芯片接收该数字信号并将其暂存至SRAM缓存器中；暂存结束后，FPGA芯片使能与计算机通信的地址总线、数据总线和控制总线，向计算机发送时钟信号，计算机开始读取SRAM缓存器中的数字信号，读取完毕后，计算机向FPGA芯片发送反馈信号，FPGA芯片清除SRAM缓存器中的储存数据，释放SRAM缓存器空间。
[0011]所述FPGA芯片采用EP4CE6F17C8系列。
[0012]所述A/D转换芯片采用ADS1278。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的在线式高速多通道光谱数据采集系统，采用2片高速A/D转换芯片实现16路数据同时输出，采用FPGA芯片编程控制可以大大提高采集速度，满足土壤养分的快速在线光谱分析，FPGA芯片开发灵活、方便，I/O引脚丰富，采集量可以灵活配置和扩展，FPGA芯片要比单片机的速度快很多，可以满足高速在线的数据采集要求，FPGA+SRAM的结构设计可以暂存大量数据，并且可以将数据发送至计算机中，实现在线式高速多通道的数据采集、数据暂存和数据发送。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的在线式高速多通道光谱数据采集系统的结构组成框图。
[0015]图2为信号调理转换单元的结构框图。
[0016]图3为FPGA芯片对SRAM缓存器和A/D转换芯片的控制过程示意图。
[0017]图4为FPGA芯片和计算机的通信流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]如图1所示，本发明的在线式高速多通道光谱数据采集系统，由信号调理转换单元、FPGA芯片、SRAM缓存器和计算机组成，信号调理转换单元与光谱分析仪相连，FPGA芯片分别与信号调理转换单元和计算机相连，SRAM缓存器与FPGA芯片相连。
[0020]信号调理转换单元用于采集光谱分析仪的模拟信号并将其转换为数字信号，如图2所示，信号调理转换单元由一级放大器、低通滤波器、二级放大器和两个A/D转换芯片组成，一级放大器分别与光谱分析仪和低通滤波器相连，低通滤波器与二级放大器相连，二级放大器分别与两个A/D转换芯片相连，两个A/D转换芯片均与FPGA芯片相连，A/D转换芯片在接收模拟信号之前，需要对模拟信号进行调理。
[0021]如图3所示，系统上电后，FPGA芯片进行初始化，向A/D转换芯片发送时钟信号配置A/D转换芯片，向A/D转换芯片发送控制信号启动A/D转换芯片，光谱分析仪输出的模拟信号依次经过一级放大器的一级放大作用、低通滤波器的滤波作用、二级放大器的二级放大作用后分别输出给两个A/D转换芯片，A/D转换芯片对调理后的模拟信号进行模数转换输出数字信号，FPGA芯片接收该数字信号并将其暂存至SRAM缓存器中。如图4所示，当本次暂存结束后，FPGA芯片使能与计算机通信的地址总线、数据总线和控制总线，向计算机发送时钟信号，计算机开始读取SRAM缓存器中的数字信号，读取完毕后，计算机向FPGA芯片发送反馈信号，FPGA芯片接收到计算机的反馈信号后将对应通道的储存数据清零，释放SRAM缓存器空间。
[0022]本实施方式中，FPGA芯片采用EP4CE6F17C8系列。
[0023]本实施方式中，两个A/D转换芯片均采用ADS1278，以实现16路数据同时输出的功會K。
【权利要求】
1.在线式高速多通道光谱数据采集系统，其特征在于，包括: FPGA芯片； 与FPGA芯片相连的SRAM缓存器； 与FPGA芯片相连的计算机； 信号调理转换单元，所述信号调理转换单元包括与光谱分析仪相连的一级放大器、与一级放大器相连的低通滤波器、与低通滤波器相连的二级放大器、与二级放大器相连的两个A/D转换芯片；两个A/D转换芯片均与FPGA芯片相连； 系统上电，FPGA芯片初始化，向A/D转换芯片发送时钟信号配置A/D转换芯片，发送控制信号启动A/D转换芯片，光谱分析仪输出的模拟信号依次经过一级放大器的一级放大、低通滤波器滤波、二级放大器的二级放大作用后分别输出给两个A/D转换芯片，A/D转换芯片对调理后的模拟信号进行模数转换输出数字信号，FPGA芯片接收该数字信号并将其暂存至SRAM缓存器中；暂存结束后，FPGA芯片使能与计算机通信的地址总线、数据总线和控制总线，向计算机发送时钟信号，计算机开始读取SRAM缓存器中的数字信号，读取完毕后，计算机向FPGA芯片发送反馈信号，FPGA芯片清除SRAM缓存器中的储存数据，释放SRAM缓存器空间。
2.根据权利要求1所述的在线式高速多通道光谱数据采集系统，其特征在于，所述FPGA芯片采用EP4CE6F17C8系列。
3.根据权利要求1所述的在线式高速多通道光谱数据采集系统，其特征在于，所述A/D转换芯片采用ADS1278。
【文档编号】G06F17/40GK104516990SQ201410787414
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】卢启鹏, 郭嘉, 丁海泉, 高洪智 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所