一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统和方法。方法步骤为氙灯控制模块向通讯芯片发送开灯指令或关灯指令；通讯芯片对所述开灯指令或关灯指令进行电平转换和通讯协议的转换；单片机将完成转换的开灯指令或关灯指令转换为脉冲信号；氙灯触发板将脉冲信号转换为电压信号；氙灯根据开灯指令转换的电压信号开启或根据关灯指令转换的电压信号关闭；光谱仪采集光谱信号并发送至光谱仪控制模块；光谱仪控制模块对所述光谱信号进行降噪处理和减小偏差处理。本发明专利技术提高了上位机与氙灯之间的通讯效率，减小了传统处理方式中的模糊问题，得到的光谱数据更为精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱测量领域，特别涉及一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统和方法。
技术介绍
现有的光谱仪中，上位机与氙灯之间的通讯通常采用自定义的通讯协议，造成上位机与氙灯通讯效率低，通讯信号不稳定、不可靠，另外，在获取光谱信号后，光谱信号分析与处理的方法尚不成熟，存在光谱信号噪声大，以及光谱信号处理效果差、误差大的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种为上位机与氙灯之间的通讯提供了一种更为稳定可靠的通讯方式，以及为上位机处理获取的光谱信号提供了一种效果更好的噪声处理方式和缩减误差的方式。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，包括上位机控制系统、氙灯控制芯片、氙灯和光谱仪；所述上位机控制系统包括氙灯控制模块和光谱仪控制模块；所述氙灯控制芯片包括通讯芯片、单片机和氙灯触发板；所述氙灯控制模块，用于向通讯芯片发送开灯指令或关灯指令；所述通讯芯片，用于对所述开灯指令或关灯指令进行电平转换和通讯协议的转换；所述单片机，用于将完成转换的开灯指令或关灯指令转换为脉冲信号；所述氙灯触发板，用于将脉冲信号转换为电压信号；所述氙灯，用于根据开灯指令转换的电压信号开启或根据关灯指令转换的电压信号关闭；所述光谱仪，用于采集被测气体SO2通过气体室后所得的光谱信号，并将所述光谱信号发送至光谱仪控制模块；所述光谱仪控制模块，用于向光谱仪发送开启指令或关闭指令，还用于接受光谱仪采集到的光谱信号，并对所述光谱信号进行降噪处理和减小偏差处理。本专利技术的有益效果是：为上位机与氙灯之间的通讯提供了一种更为稳定可靠的通讯方式，提高了上位机与氙灯之间的通讯效率。另外，为上位机处理获取的光谱信号提供了一种效果更好的噪声处理方式和缩减误差的方式，减小了传统处理方式中的模糊问题，得到的光谱数据更为精确。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述单片机还用于根据开灯指令或关灯指令是否接收成功向通讯芯片发送相应的应答指令；所述通讯芯片，还用于对所述应答指令进行电平转换和通讯协议的转换，将完成转换的应答指令发送至氙灯控制模块；所述氙灯控制模块，还用于根据所述应答指令判断是否需要重新发送开灯指令或关灯指令。进一步，所述通讯芯片选用MAX-232芯片。进一步，所述氙灯触发板包括74CH1G14单反相器、三级管运放电路和信号调理电路；74CH1G14单反相器的输入端连接单片机的单片机I/O端口，74CH1G14单反相器的输出端连接三级管运放电路的输入端；三级管运放电路的输出端连接信号调理电路的输入端；信号调理电路的输出端连接氙灯。进一步，所述光谱仪控制模块包括：光谱信号接收单元、滤波降噪单元和减小偏差单元；所述光谱信号接收单元，用于接收光谱仪输出的被测气体的光谱信号；滤波降噪单元，用于采用均值滤波的方法对光谱信号进行降噪处理，得到被测SO2气体的浓度值ppm1；减小偏差单元，用于根据ppm1进行调零运算得到ppm2，并根据ppm2进行标定运算，得到ppm3。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种上位机控制氙灯与光谱仪的方法，包括以下步骤步骤1：氙灯控制模块向通讯芯片发送开灯指令或关灯指令；步骤2：通讯芯片对所述开灯指令或关灯指令进行电平转换和通讯协议的转换；步骤3：单片机将完成转换的开灯指令或关灯指令转换为脉冲信号；步骤4：氙灯触发板将脉冲信号转换为电压信号；步骤5：氙灯根据开灯指令转换的电压信号开启或根据关灯指令转换的电压信号关闭；步骤6：光谱仪采集光谱信号，并发送至光谱仪控制模块；光谱仪控制模块对所述光谱信号进行降噪处理和减小偏差处理。进一步，所述步骤3还包括以下步骤步骤3a:单片机根据开灯指令和关灯指令是否接收成功向通讯芯片发送相应的应答指令；步骤3b:通讯芯片对所述应答指令进行电平转换和通讯协议的转换，将完成转换的应答指令发送至氙灯控制模块；步骤3c:氙灯控制模块根据所述应答指令判断是否需要重新发送开灯指令和关灯指令。进一步，所述步骤7还包括：步骤7a：接收光谱仪输出的被测气体的光谱信号；步骤7b：采用均值滤波的方法对光谱信号进行降噪处理，得到被测SO2气体的浓度值ppm1；步骤7c：根据ppm1进行调零运算得到ppm2，并根据ppm2进行标定运算，得到ppm3。进一步，所述步骤7b中均值滤波的过程为:步骤7b-1：设定滤波窗口的宽度；步骤7b-2：按序选择滤波窗口内的数组的一个元素；步骤7b-3:读取所述元素的元素值；步骤7b-4：根据读取的所述元素的元素值判断该元素是否为图像边缘；如果判断结果为是，则执行步骤7b-5，如果判断结果为否则进行步骤7b-6；步骤7b-5：将当前元素的元素值作为均值滤波结果存入结果数组，执行步骤7b-7；步骤7b-6：将滤波窗口内的数组的所有元素的元素值相加，再除以滤波窗口的宽度，将所得结果作为当前元素的元素值，并存入结果数组，执行步骤7b-7；步骤7b-7：判断是否处理完整个数组，如果判断结果为是，则执行步骤7b-9，如果判断结果为否，则进行步骤7b-8；步骤7b-8：读取当前元素的下一个元素的元素值，并执行步骤7b-4；步骤7b-9：输出结果数组，结束均值滤波过程。进一步，所述步骤7c中调零运算过程为:ppm2=lnppm1-PPMbackPPMlamp-PPMback]]>其中，ppm1为滤波降噪单元输出的被测二氧化硫SO2气体的浓度值；PPMback为将标准气体氮气N2通入气体室，在氙灯关闭的状态下，光谱仪获取标准气体氮气N2的浓度值；PPMlamp为将标准气体氮气N2通入气体室，在氙灯打开的状态下，光谱仪获取标准气体氮气N2的浓度值；标定运算过程为：ppm3＝K*ppm2+B其中，ppm2由上述调零运算得到；K、B为标准气体氮气N2在特定光谱条件下的阈值。附图说明图1为本专利技术整体连接关系示意图；图2为本专利技术氙灯触发板内部连接关系示意图；图3为本专利技术氙灯控制模块内部单元与氙灯控制芯片连接关系示意图；图4为本专利技术光谱仪控制模块内部单元与光谱仪连接关系示意图；图5为带有噪声的光谱信号图；图6为本专利技术均值滤波方法流程图；图7为采用均值滤波处理后的光谱信号效果图；图8为理想的光谱信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，其特征在于，包括上位机控制系统、氙灯控制芯片、氙灯和光谱仪；所述上位机控制系统包括氙灯控制模块和光谱仪控制模块；所述氙灯控制芯片包括通讯芯片、单片机和氙灯触发板；所述氙灯控制模块，用于向通讯芯片发送开灯指令或关灯指令；所述通讯芯片，用于对所述开灯指令或关灯指令进行电平转换和通讯协议的转换；所述单片机，用于将完成转换的开灯指令或关灯指令转换为脉冲信号；所述氙灯触发板，用于将脉冲信号转换为电压信号；所述氙灯，用于根据开灯指令转换的电压信号开启或根据关灯指令转换的电压信号关闭；所述光谱仪，用于采集被测气体通过气体室后所得的光谱信号，并将所述光谱信号发送至光谱仪控制模块；所述光谱仪控制模块，用于向光谱仪发送开启指令或关闭指令，还用于接受光谱仪采集到的光谱信号，并对所述光谱信号进行降噪处理和减小偏差处理。

【技术特征摘要】
1.一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，其特征在于，包括上位机控
制系统、氙灯控制芯片、氙灯和光谱仪；所述上位机控制系统包括氙灯控制
模块和光谱仪控制模块；所述氙灯控制芯片包括通讯芯片、单片机和氙灯触
发板；
所述氙灯控制模块，用于向通讯芯片发送开灯指令或关灯指令；
所述通讯芯片，用于对所述开灯指令或关灯指令进行电平转换和通讯协
议的转换；
所述单片机，用于将完成转换的开灯指令或关灯指令转换为脉冲信号；
所述氙灯触发板，用于将脉冲信号转换为电压信号；
所述氙灯，用于根据开灯指令转换的电压信号开启或根据关灯指令转换
的电压信号关闭；
所述光谱仪，用于采集被测气体通过气体室后所得的光谱信号，并将所
述光谱信号发送至光谱仪控制模块；
所述光谱仪控制模块，用于向光谱仪发送开启指令或关闭指令，还用于
接受光谱仪采集到的光谱信号，并对所述光谱信号进行降噪处理和减小偏差
处理。
2.根据权利要求1所述一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，其特征
在于，所述单片机还用于根据开灯指令或关灯指令是否接收成功向通讯芯片
发送相应的应答指令；
所述通讯芯片，还用于对所述应答指令进行电平转换和通讯协议的转换，
将完成转换的应答指令发送至氙灯控制模块；
所述氙灯控制模块，还用于根据所述应答指令判断是否需要重新发送开
灯指令或关灯指令。
3.根据权利要求1所述一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，其特征
在于，所述通讯芯片选用MAX-232芯片。
4.根据权利要求1所述一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，其特征
在于，所述氙灯触发板包括单反相器、三级管运放电路和信号调理电路；单
反相器的输入端连接单片机的单片机I/O端口，单反相器的输出端连接三级
管运放电路的输入端；三级管运放电路的输出端连接信号调理电路的输入端；
信号调理电路的输出端连接氙灯。
5.根据权利要求1所述一种上位机控制氙灯与光谱仪的系统，其特征
在于，所述光谱仪控制模块包括：光谱信号接收单元、滤波降噪单元和减小
偏差单元；
所述光谱信号接收单元，用于接收光谱仪输出的被测气体的光谱信号；
滤波降噪单元，用于采用均值滤波的方法对光谱信号进行降噪处理，得
到被测气体的浓度值；
减小偏差单元，用于根据进行调零运算得到，并根据进行标定运算，得
到。
6.一种上位机控制氙灯与光谱仪的方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤1：氙灯控制模块向通讯芯片发送开灯指令或关灯指令；
步骤2：通讯芯片对所述开灯指令或关灯指令进行电平转换和通讯协议
的转换；
步骤3：单片机将完成转换的开灯指令或关灯指令转换为脉冲信号；
步骤4：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进，周桐，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85