CCD实时数据采集及动态观测软件设计

　　电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,简称CCD),是近年来出现的新型传感器件,它一方面能完成光电转换,另一方面又起度量作用,所以近年来该技术在国内外发展迅速,令人瞩目,已成为现代光电技术和测试技术中最活跃最富有成就的手段之一.目前,CCD被广泛地应用于光电扫描、空间遥感、传真、静电复印、非接触工业控制、天文星体跟踪、卫星侦察、光学图象处理等领域.

　　本文涉及的CCD传感装置采用光注输入方式,应用于分析化学数据采集系统中,该系统基本组成见图1.

　　该系统采用天津大学生产的线阵CCD装置,利用它提供的接口函数,可在前端PC机上开发一个软件平台,能按照实验者的各种需求取得或存储所需实验数据,并以图形方式直观显示,且实时地反映出实验数据的动态变化,那么整套装置就构成一台功能完善、高效高速的虚拟仪器了.以下就详细介绍用Borland C++实现该软件设计的方法.

　　1　实时数据绘图

　　CCD完成采集光信号、进行光电转换、并通过接口卡将数字化信号送往计算机的重要工作,而为实验者提供一个方便的用户接口也是十分重要的,一方面实验者可通过该接口直接观测整个反应的动态过程,另一方面又可以有控制数据采集过程(如中断采集,继续采集等)的主动权.根据实验者的需求,设计了像元-信号值、时间-信号值的观测窗口,以下分别予以介绍.

　　1.1　像元-信号值图

　　通过熟悉CCD装置可知,在Borland C下,以积分时间档(inter参数)代入调用其提供的接口函数sam12_2_1(int inter,unsigned int*data),可以取出当时的一组数据值,返回在data[]中,每一组4 095个值,对应于4 095个像元(感光点)的信号值,data[i]对应于第i个像元的信号值.为了正确调用sam12_2_1()函数,须在自己的项目(project)中加入附带库文件12_2_1.lib.在正确调用该函数的前提下,绘制任一时刻的像元-信号值图就可以方便地完成了.子程序框图如图2.

　　1.2　时间-信号值图

　　以上所分析的图是对同一时刻各像元信号值的显示,下面则分析给定像元,跟踪信号值随时间的变化的情况.对于这种情况,实验者需要在给定积分时间档的条件下,在某一确定的观测时间(或估计反应时间)内,跟踪某一等观测像元的信号值变化.以下所述的方法使得在程序获取所需参数(积分时间档、待观测像元、观测时间)以后,实验者即可从屏幕观测实验数据的变化情况,加以相应的控制,可以在指定的观测时间内,恰好得到一屏完整的数据走势图(采样点数为预先固定).在程序设计中,为实现对时间的控制,引入了clock_t类型变量,并使用了clock()函数确定处理器时间(变量、函数均包含在〈time.h〉中).部分相应的子程序框图如图3.