基于USB总线的便携式近红外光谱仪测控系统

　　1引言

　　近红外区域按ASTM定义是指波长在780~2526nln范围内的电磁波，是人们最早认识的非可见光区域。现代近红外光谱技术是90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，是光谱测量技术与化学计量学的有机结合。由于近红外光谱分析技术具有分析速度快、成本低、无损无污染等优点，因而得到广泛应用:

　　传统的光谱学分析检测仪一般都属于“大型精密仪器”，不但体积庞大，而且对使用环境要求苛刻，不适合野外现场检测分析。因此，近年来近红外光谱仪器的便携化成为研究热点，笔者所在的实验室经过多年努力成功研制了便携式近红外光谱仪PlsA一n，实现了野外工作者“把分析实验室带到野外现场”的梦想。

　　2系统方案设计

　　USB近红外光谱仪系统方案原理如图1所示。、卤钨灯光源发出的连续光经斩光盘周期切割成交变的光信号，微控制器控制波长扫描驱动器转动分光系统中的光栅，使交变单色光按波长高低依次照射在样品上.经过漫反射的光信号通过PhS光电传感器转换成电信号，由锁定放大器从大量背景噪声中提取出有用微弱信号，微控制器控制AID采集此微弱信号，并通过USB总线将数据送往上层测控软件进行分析。

　　为了缩短研发周期，上层测控软件基于Lah-vIEW图形化软件开发平台。为了提高通讯的传输速率和使用方便性，通信总线采用usB通用串行总线。

　　3硬件系统设计

　　近红外光谱仪测控系统硬件部分包括传感器模块、锁定放大器模块、电机扫描控制模块、数据采集模块、USB通信模块。

　　3.1数据采集模块

　　数据采集模块是本系统的核心，考虑到野外气候恶劣，供电不便，光谱信号在相邻谱段的变化量小，因此设计选择美国AD公司推出的受噪声环境影响小、分辨率高、低功耗的16位卜△A/D变换器AD7715。它具有自校验和系统校验功能，可以消除前置放大电路的零漂和增益误差，提高测量精度。

　　考虑到仪器用于野外现场，要求系统在任何异常情况下都能自动复位，恢复工作::传统的阻容复位电路可能在电源瞬时跌落情况下无法保证复位脉冲的宽度，甚至无法产生复位脉冲，因此采用美信公司推出的MAX809L复位监控芯片，确保采集模块可靠运行。

　　为了保证AD77巧的工作性能，系统对模拟电源、数字电源分别采用高频磁珠、0.1林F滤波电容构成去祸电路，达到良好的高频去祸效果，有效降低了系统噪声。

　　在PCB布局、布线时模拟地和数字地要分开走线，单点共地;要特别注意时钟线，尽量远离模拟信号线，晶振应该尽量靠近微控制器，以减少寄生电容，减小时基抖动，降低系统采样误差。