基于微型計算機Edison的線性漸變濾光片式手持智能光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發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的線性漸變濾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，民用化的產品需要廠家提供大量的分析模型并根據應用情況不斷更新。
[0003]現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。近些年出現了使用漸變濾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。移動醫療、智能終端等電子設備興起，出現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。

【發明內容】

[0005]為了解決現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，本發明提供一種基于微型計算機Edison的線性漸變濾光片式手持智能光譜儀。
[0006]本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0007]本發明的基于微型計算機Edison的線性漸變濾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、線性漸變濾光片、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，所述線性漸變濾光片貼在線陣列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毛玻璃均化、柱面鏡聚光、線性漸變濾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發送控制指令，微型計算機Edison分別向線陣列CMOS探測器和模數轉換器發送控制信號，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轉換器，模擬信號經模數轉換器轉換成數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據分析處理軟件對數字信號進行分析處理得到光譜數據，采用化學計量學方法從光譜數據中得到物質成分信息，同時將光譜數據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據及成分信息；微型計算機Edison運用其內部的WIFI模塊與網絡連接，根據需要上傳光譜數據至網絡數據庫、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]所述線性漸變濾光片的光譜范圍為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1024、512、256、128的像素分辨率，默認像素分辨率為256像元，根據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。
[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和光譜數據分析處理軟件；內部集成IGB LPDDR3和4G的內部存儲空間，用于存儲光譜數據和光譜儀分析模型，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據增加位置信息。
[0015]所述模數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的低壓差線性穩壓器實現，所述低壓差線性穩壓器的輸出與線陣列CMOS探測器、信號處理器、模數轉換器、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，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光二極管實現，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，所述發光二極管用于指示充電狀態。
[0019]本發明的有益效果是:
[0020]1、本發明的手持智能光譜儀采用線性漸變濾光片分光，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，其余電路有模數轉換電路、電壓基準電路、電源管理電路，電路系統采用低功耗的設計，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，顯示光譜數據及成分信息，記錄位置信息，并可以與網絡數據庫進行數據交換以及更新光譜儀分析模型。
[0024]5、本發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為本發明的基于微型計算機Edison的線性漸變濾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為本發明的基于微型計算機Edison的線性漸變濾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、線性漸變濾光片，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、模數轉換器，11、3.3V電源，12、總開關，13、液晶觸控屏，14、電壓