熒光信號采集系統(tǒng)設(shè)計與分析
加入技術(shù)交流群
牙齒牙髓活力狀態(tài)是衡量人體牙齒健康與否的關(guān)鍵，在此摒棄以往用牙髓電活力測試的檢測方法，而利用激光照射牙齒而激發(fā)牙髓物質(zhì)產(chǎn)生熒光的機理。研究發(fā)現(xiàn)，熒光強度與牙髓活力有密切關(guān)系。能反映牙髓是否健康，牙髓是否能康復(fù)，通過牙齒的熒光現(xiàn)象判斷牙髓活力，是一種診斷牙髓疾病的客觀方法。牙齒在短波長激光的照射下可以產(chǎn)生熒光，通過入射光纖照射到牙齒表面，再由出射光纖輸出熒光信號，熒光強度會隨牙髓活力降低而減弱，將激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)應(yīng)用于牙髓活力檢測領(lǐng)域。介紹牙髓熒光信號采集與顯示電路設(shè)計，詳細闡述單片機程序設(shè)計，實現(xiàn)對熒光信號的采集，包括A/D采集與基于TFT-LCD顯示的程序設(shè)計。
2 熒光信號檢測原理
某些物質(zhì)受光照射激發(fā)能發(fā)射比激發(fā)光波長更長的光。此物質(zhì)能從外界吸收并儲存能量(如光能、化學(xué)能等)，并進入激發(fā)態(tài)；當(dāng)其從激發(fā)態(tài)再回到基態(tài)時，過剩的能量以電磁輻射的形式放射(即發(fā)光)，稱為熒光。產(chǎn)生熒光必須具備兩個條件：物質(zhì)的分子必須具有與照射光相同的頻率；吸收與本身特征頻率相同能量的分子。必須具有高熒光效率。
設(shè)計原理是利用脈沖調(diào)制電路將單色激光轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制激光光源。調(diào)制激光光源作為系統(tǒng)的激發(fā)光源，通過入射光纖直接照射到牙齒表面．基于激發(fā)的熒光通過出射光纖反射輸出，選擇光電倍增管作為熒光接收的光電傳感器。由于出射的熒光較微弱，為了直觀觀察激發(fā)出的熒光，設(shè)計合理的放大電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，單片機讀取采樣數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)處理。利用TFT-LCD終端顯示輸出。圖1為總體設(shè)計框圖。
3 采集與顯示電路設(shè)計
采集系統(tǒng)采用12 bit ADS7804轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部采用逐次逼近式工作原理，單通道輸入，模擬輸入電壓范圍為±10 V，采樣速率為100 kHz，采樣精度達2 mV。信號采集電路如圖2所示，AT89C51單片機為控制處理器。其通信接口通過MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，直接與TFT-LCD連接。
根據(jù)ADS7804器件的采集時序要求，首先將R/C引腳變?yōu)榈碗娖?；然后在CS引腳輸入一個脈沖，并在其下降沿啟動A／D轉(zhuǎn)換，此脈沖的寬度要求在40 ns～6μs之間；這時BUSY引腳電平拉低表示正在進行轉(zhuǎn)換；經(jīng)過約8μs后，轉(zhuǎn)換完成，BUSY引腳電平相應(yīng)變高；再把R/C引腳電平拉高，這樣，CS引腳脈沖的下降沿即把轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線。
AT89C51單片機利用4個I／O端口為ADS7804器件提供工作時序，該時序由單片機軟件完成。ADS7804的CS、BUSY、BYTE、R／C分別與單片機的P1．0、P1．1、P1．2、P1．3相連，將示波器連接P1．0、P1．1、P1．2、P1．3引腳檢測ADS7804一次采集，單片機提供工作時序，圖3為MD轉(zhuǎn)換啟動時序。
選用TFT-LCD DMT48270S型7英寸液晶顯示器作為顯示終端。由濕示器與M600人機界面驅(qū)動模塊組成TFT組合模塊，界面支持觸摸屏操作。TFT組合模塊的特點是：具有串行口，可直接與AT89C51通訊，數(shù)據(jù)通訊只需3根線；具有統(tǒng)一指令集和硬件接口；完整的TFT面板接口信號，支持所有(TTL/CMOS)RGB接口面板，功耗低。是一種理想的終端顯示組合模塊。TFT組合設(shè)有兩種數(shù)據(jù)傳輸速率模式：一種為固定模式，其波特率為921 600 b／s，另一種為可設(shè)置波特率，其波特率在1 200 b／s到115 200 b／s之間可調(diào)。該系統(tǒng)設(shè)計選擇19 200 b／s波特率，輸出界面模式由單片機軟件完成。
評論