一种光谱信号数据采样和峰值检测方法与流程

1.本发明涉及信号采样和信号处理技术领域，特别涉及一种光谱信号数据采样和峰值检测方法。


背景技术：

2.目前，随着光电子技术的发展，光谱检测技术得到很大提高。但市场上光谱检测仪器仪表和设备主要采用两种方式：第一种，如发明专利cn201910704105-基于负反馈调节的荧光光谱检测系统中采用上位机 下位机结构，下位机采样数据，通过通信接口将采样数据送到上位机，在上位机上进行信号处理和数据分析，系统电路复杂，成本高，另一种，如发明专利cn201810535990-一种胃癌诊断胃镜的光谱检测系统所示，通过ad转换采样数据送到mcu，通过mcu软件滤波并软件寻峰处理，算出信号的峰值，因mcu计算速度限制，采样一定数据后，必须停止采样进行滤波计算和寻峰计算，不能实时采样，降低数据通过率。


技术实现要素：

3.本发明提供一种光谱信号数据采样和峰值检测方法，用以解决的情况。
4.一种光谱信号数据采样和峰值检测方法，包括：获取光信号，将所述光信号通过探测器产生电信号vi，并将所述电信号通过前置放大电路，获取第一电压信号va；将所述第一电压信号va通过放大、滤波调理电路进行放大和滤波处理，获取第二电压信号vb；将所述第二电压信号vb通过σδadc模数转换模块进行模数转换，获取转换后模拟侧的第一串行数字信号d1；将所述第一串行数字信号d1通过电气隔离电路进行电气隔离，获取数字电路侧的第二串行数字信号d2；将所述第二串行数字信号d2通过第一sinc
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滤波器进行滤波，获取一级采样数据d3；将所述一级采样数据d3通过数据校准寄存器进行零偏误差和线性误差校准，获取二级采样数据d5，并将所述二级采样数据d5通过极值寄存器进行极值监测，确定二级采样数据d5对应的最大值和最小值；将所述二级采样数据d5通过dma控制器输出到存储单元进行数据保存。
5.作为本发明的一种实施例：所述将所述第二串行数字信号d2通过第一sinc
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滤波器进行滤波，获取一级采样数据d3，还包括：将所述第二串行数字信号d2通过模拟看门狗中的第二sinc
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滤波器进行滤波，获取三级采样数据d4；根据所述三级采样数据d4设置上限阈值和下限阈值；其中，所述下限阈值对应为所述三级采样数据d4的最小刻度值，所述上限阈值设置为光谱信号有效上升沿处的采样数
据值，通过上限阈值监测光谱信号的三级采样数据d4；当所述三级采样数据d4大于所述上限阈值时，确定监测到光谱信号的上升沿，所述模拟看门狗产生第一中断信号。
6.作为本发明的一种实施例：所述当所述三级采样数据d4大于所述上限阈值时，确定监测到光谱信号的上升沿，所述模拟看门狗产生第一中断信号，还包括：当所述模拟看门狗产生所述第一中断信号时，获取极值寄存器中的最大值和最小值，并将所述最大值和最小值进行清零处理；通过极值寄存器对所述二级采样数据d5进行二次极值监测，确定二次极值监测的最大值和最小值；将所述二次监测的最大值和最小值更新为最大值和最小值，将所述最大值设置为三级采样数据d4对应的最大刻度值，将所述最小值设置为光谱信号下降沿处的采样数据值；基于所述最小值，通过所述模拟看门狗对光谱信号的三级采样数据d4进行监测，当监测到光谱信号的三级采样数据d4小于所述下限阈值时，表示监测到光谱信号的下降沿，所述模拟看门狗产生第二中断信号。
7.作为本发明的一种实施例：所述基于所述最小值，通过所述模拟看门狗对光谱信号的三级采样数据d4进行监测，当监测到光谱信号的三级采样数据d4小于所述下限阈值时，表示监测到光谱信号的下降沿，所述模拟看门狗产生第二中断信号，还包括：基于所述第二中断信号时，读取极值寄存器的最大值和最小值，并根据所述最大值确定光谱信号的峰值；将所述下限阈值设置为三级采样数据d4对应的最小刻度值，将所述上限阈值设置为光谱信号上升沿处的采样数据值，并通过所述上限阈值监测脉冲信号的三级采样数据d4，确定脉冲的最大峰值。
8.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
9.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
10.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种光谱信号数据采样和峰值检测方法的电路结构示意图；图2为本发明实施例中一种光谱信号数据采样和峰值检测方法的流程示意图；图1中，探测器-1000；前置放大电路-2000；放大、滤波调理电路-3000；σδadc模数转换模块-4000；电气隔离电路-5000；mcu-6000；dfsdm模块-6100；第一sinc
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滤波器-6110；数据校准寄存器-6140；极值寄存器-6130；最大值-6131；最小值-6132；dma控制器-6200；存储单元-6300；模拟看门狗-6120；第二sinc
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滤波器-6121；下限阈值-6122；上限阈值6123。
具体实施方式
11.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
12.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
13.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
14.实施例1：本发明实施例提供了一种光谱信号数据采样和峰值检测方法，包括：获取光信号，将所述光信号通过探测器1000产生电信号vi，并将所述电信号通过前置放大电路2000，获取第一电压信号va；将所述第一电压信号va通过放大、滤波调理电路3000进行放大和滤波处理，获取第二电压信号vb；将所述第二电压信号vb通过σδadc模数转换模块4000进行模数转换，获取转换后模拟侧的第一串行数字信号d1；将所述第一串行数字信号d1通过电气隔离电路5000进行电气隔离，获取数字电路侧的第二串行数字信号d2；将所述第二串行数字信号d2通过第一sinc
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滤波器6110进行滤波，获取一级采样数据d3；将所述一级采样数据d3通过数据校准寄存器6140进行零偏误差和线性误差校准，获取二级采样数据d5，并将所述二级采样数据d5通过极值寄存器6130进行极值监测，确定二级采样数据d5对应的最大值6131和最小值6132；将所述二级采样数据d5通过dma控制器6200输出到存储单元6300进行数据保存；本技术方案实施的原理：本技术方案中在光伏模式下，探测器产生的与光信号功率成线性关系的电信号，经前置放大，转换为电压信号，经放大、滤波调理，进入σδadc进行模数转换模块，转换的数据经电气隔离送到mcu内部dfsdm模块；dfsdm模块具有硬件sinc
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滤波器、硬件模拟看门狗监测和极值监测等功能，采样数据经过dfsdm模块内的滤波、模拟看门狗监测、极值监测等信号及中断处理，获得光谱信号的峰值数据，通过模拟看门狗监测采样数据的上升沿和下降沿，在上升沿和下降沿时产生中断，在上升沿中断时开始监测信号的峰值，下降沿中断时读取光谱信号的峰值，在数据采样和峰值检测过程除了模拟看门狗中断时，中断服务程序会占用mcu运行时间，其他数据滤波、极值检测和数据保存都是mcu内部硬件实现；上述技术方案的有益效果为：本技术方案中的中断服务程序中只有设置看门狗上下限阈值寄存器、读取极值寄存器和峰值计算处理等简单操作，mcu占用时间非常短，mcu内
置的数字部分dfsdm模块提供串行连接外部σδadc模数转换模块，支持spi、曼切斯特协议，支持20mhz的串行数据输入，速度快并且方便数字和模拟电路的电气隔离，且sinc
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滤波器技术，有fastsinc、sinc1、sinc2、sinc3、sinc4和sinc5六种滤波算法和1-1024种过采样率，可以根据要检测的光谱信号类型、信号频率和信号带宽，通过软件设置进行不同的滤波处理，增加了光谱信号检测电路硬件的通用型，并且采用mcu内部硬件sinc
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滤波器技术，不需要mcu参与，有利于加快信号处理速度，且通过数据校准寄存器内的零偏误差和线性误差值对脉冲信号的采样数据进行实时硬件自动校准，使采样数据更准确。
15.实施例2：在一个实施例中，所述将所述第二串行数字信号d2通过第一sinc
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滤波器6110进行滤波，获取一级采样数据d3，还包括：将所述第二串行数字信号d2通过模拟看门狗6120中的第二sinc
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滤波器6121进行滤波，获取三级采样数据d4；根据所述三级采样数据d4设置上限阈值6123和下限阈值6122；其中，所述下限阈值对应为所述三级采样数据d4的最小刻度值，所述上限阈值设置为光谱信号有效上升沿处的采样数据值，通过上限阈值6123监测光谱信号的三级采样数据d4；当所述三级采样数据d4大于所述上限阈值6123时，确定监测到光谱信号的上升沿，所述模拟看门狗6120产生第一中断信号；本技术方案实施的原理：串行数字信号分为两路，其中一路通过第一sinc
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滤波器、数据校准寄存器分别进行滤波和校准，另一路进入模拟看门狗的第二sinc
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滤波器进行滤波，其中，第一sinc
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滤波器和第二sinc
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滤波器采用相同的类型和模式，通过第二sinc
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滤波器将串行数据进行串并转换生成并行的采样数据d4，利用dfsdm模块的模拟看门狗大于上限阈值或小于下限阈值即产生中断的特性监测采样数据d4，将下限阈值设为采样数据d4的最小刻度值，并将上限阈值设置为光谱信号有效上升沿处的采样数据值，通过上限阈值监测光谱信号的采样数据d4，且模拟看门狗的上限阈值和下限阈值可通过数据校准寄存器的数据在程序设置时校准，此时可通过上限阈值和下限阈值针对二级采样数据d5进行监测；上述技术方案的有益效果为：本技术方案中针对串行数字信号进行传输时，采用两种sinc
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滤波器进行滤波，模拟看门狗内部的第二sinc
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滤波器能够快速监测数据并产生中断，并且sinc
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滤波器技术，有fastsinc、sinc1、sinc2、sinc3、sinc4和sinc5六种滤波算法和1-1024种过采样率，可以根据要检测的光谱信号类型、信号频率和信号带宽，通过软件设置进行不同的滤波处理，增加了光谱信号检测电路硬件的通用型并且能够降低噪声干扰，通过设置上限阈值和下限阈值监测二级采样数据d4，有利于获取从光谱信号从上升沿到下降沿之间的三级采样数据d5的最大值，进而确定光谱信号的峰值。
16.实施例3：在一个实施例中，所述当所述三级采样数据d4大于所述上限阈值6123时，确定监测到光谱信号的上升沿，所述模拟看门狗6120产生第一中断信号，还包括：当所述模拟看门狗6120产生所述第一中断信号时，获取极值寄存器6130中的最大值6131和最小值6132，并将所述最大值和最小值进行清零处理；通过极值寄存器6130对所述二级采样数据d5进行二次极值监测，确定二次极值监
测的最大值和最小值；将所述二次监测的最大值和最小值更新为最大值6131和最小值6132，将所述最大值设置为三级采样数据d4对应的最大刻度值，将所述最小值设置为光谱信号下降沿处的采样数据值；基于所述最小值，通过所述模拟看门狗6120对光谱信号的三级采样数据d4进行监测，当监测到光谱信号的三级采样数据d4小于所述下限阈值6122时，表示监测到光谱信号的下降沿，所述模拟看门狗6120产生第二中断信号；本技术方案实施的原理：本技术方案中通过模拟看门狗监测采样数据的上升沿和下降沿，在上升沿和下降沿时产生中断，在上升沿中断时开始监测信号的峰值，下降沿中断时读取光谱信号的峰值，在数据采样和峰值检测过程除了模拟看门狗中断时，中断服务程序会占用mcu运行时间，其他数据滤波、极值检测和数据保存都是mcu内部硬件实现；上述技术方案的有益效果为：本技术方案中通过采用硬件过采样技术可以提高采样的分辨率，通过采用dfsdm模块内部模拟看门狗替代外部比较触发电路，有利于节约成本并提高电路运行效率，通过内部极值寄存器实时监测采样数据的最大值和最小值，不需要mcu软件干预，硬件实现寻峰计算，提高了脉冲信号的峰值检测能力。
17.实施例4：在一个实施例中，所述基于所述最小值，通过所述模拟看门狗6120对光谱信号的三级采样数据d4进行监测，当监测到光谱信号的三级采样数据d4小于所述下限阈值6122时，表示监测到光谱信号的下降沿，所述模拟看门狗6120产生第二中断信号，还包括：基于所述第二中断信号时，读取极值寄存器6130的最大值和最小值，并根据所述最大值确定光谱信号的峰值；将所述下限阈值6122设置为三级采样数据d4对应的最小刻度值，将所述上限阈值6123设置为光谱信号上升沿处的采样数据值，并通过所述上限阈值6123监测脉冲信号的三级采样数据d4，确定脉冲的最大峰值；本技术方案实施的原理：本技术方案中通过中断服务程序收到的中断信号，读取极值寄存器的最大值和最小值，此最大值即为光谱信号从上升沿开始到下降沿结束之间采样数据的最大值，也就是检测到的光谱信号的峰值，中断服务程序将下限阈值设为三级采样数据d4的最小刻度值，将上限阈值用于监测脉冲信号的三级采样数据d4，并重复上述步骤实现对每一脉冲信号进行采样处理，实现脉冲最大峰值的实时检测；上述技术方案的有益效果为：本技术方案中采用dfsdm模块内部极值寄存器实时监测采样数据的最大值和最小值，不需要mcu软件干预，硬件实现寻峰计算，提高了脉冲信号的峰值检测能力并加快信号处理速度，通过模拟看门狗替代外部比较触发电路，有利于节约成本并提高电路的运行效率。
18.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
19.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程
图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
20.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
21.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
22.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。