CN103439087A - 基于dsp的16通道闪光信号测量装置及闪光同步测量方法和闪光脉冲捕捉方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于DSP的16通道闪光测量系统，它包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、DSP主机控制单元、USB2.0数据传输单元、上位机处理单元。本发明还提供了基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道闪光同步测量方法及16通道的闪光脉冲的捕捉方法，有效实现对多通道闪光信号的采集；通过设置循环缓冲区存储多路闪光混合信号，以被测闪光信号峰值为参照设定测量阈值，标记有效数据起始地址以及上位机还原数据的方法，有效地捕捉多通道闪光的脉冲信号。本发明的测量系统的采样频率可达100K，支持闪光时间在几十μs到几秒之间的闪光设备，测量精度达到检测仪器国家二级标准，可同步检测16通道闪光信号并具备同时性，满足现有的所有闪光灯的闪光信号的测量要求。

Description

基于DSP的16通道闪光信号测量装置及闪光同步测量方法和闪光脉冲捕捉方法

技术领域

  本发明属于闪光检测领域，特别涉及到一种多通道信号同步采集技术和多通道脉冲捕捉技术，具体是指一种基于DSP的多通道闪光信号测量方法及测量系统。

背景技术

 闪光灯作为一种补光和辅助光源设备，广泛应用于数码相机，CCD图像采集，医学成像，智能交通违章监摄管理等领域。闪光指数和色温是闪光灯制作的两个关键技术指标，直接影响到闪光灯对拍摄对象的补光和色温调整效果。闪光过程照度曲线的测量是测量闪光指数和色温的基础。传统的闪光测量方法都只通过测量闪光对象单点处照度得到闪光指数，这种方法测得的闪光指数无法反映出闪光在被闪对象面上的分布情况以及均匀性等信息，而且测量单点的闪光信号无法测得闪光的色温。对于多通道同步测量技术，传统的方法有两种：第一，用数字或模拟开关切换采样通道测量，这种方法无法实现真正的同步性，各通道采样的信号事实上存在时间差；第二，用带有输出锁存器的模数转换器或者外加数据锁存器的方法暂存各通道采样数据以实现同步采样，分时读取数据，这种方法一方面增加了硬件系统复杂度，另一方面，分时读取数据占用大量的时间，影响了系统的采样速度。对于闪光脉冲的捕捉，传统的方法有外部触发法、硬件比较触发法、复杂的软件同步触发法。外部触发法需要在硬件上将被测对象与测量装置连接起来，闪光的触发和测量装置的采样使用同一触发信号，这种方法不能适用于广泛的被测对象，兼容性差；硬件比较触发法通过硬件设置电压比较器的阈值，以闪光信号超过阈值作为触发信号启动采样，这种方法有两个缺点：第一，硬件电压比较器的阈值很容易受到噪声的干扰而产生误触发；第二，会丢失小于阈值的闪光波形。以往的软件同步触发法用软件设置阈值，将采样数据缓冲区设置为环形缓冲区，当软件判断闪光信号超过阈值时跳出该数据缓冲区而将采样结果存储到新的线性缓冲区，采样完成后将两个缓冲区的数据拼接起来构成完整的闪光信号波形，这种方法较前两种方法有了很大的改善，但是需要使用两块数据缓冲区，使用拼接的方法还原波形，增加了系统的复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对单通道闪光测量的可靠性不够、传统的多通道信号采集方法结构复杂、同步性不高以及传统的脉冲捕捉方法存在技术缺陷等问题，提供一种旨在提供一种简单有效、方便实用的基于DSP的16通道闪光测量系统，它包括：

信号采集单元，它包括16个高灵敏度光探头、滤光片组和余弦校正器，用于将闪光信号转换成负电流电信号；

与信号采集单元对应的16个信号调理单元，用于将光探头产生的负电流信号转换成可采样的模拟电压信号；

与16个信号调理单元对应的16个模数转换单元，用于将模拟电压信号转换为数字信号；

DSP主机控制单元，它包括TI公司的DSP主控芯片TMS320F2812和大小为0.5M的外部数据存储区，用于控制所述的模数转换单元、读取数据转换结果并与计算机程序进行通信、解析计算机发送的命令数据；

USB2.0数据传输单元，用于DSP主机控制单元与计算机程序机之间的通信与数据传输；

所述信号采集单元、信号调理单元和模数转换单元形成16个完全相同的信号采集通道，

每一个信号调理单元还包括如下电路：

互导放大电路，用于将光探头输出的负电流信号转换为模拟电压信号，互导放大电路包括设置有稳压电路的基准电压偏置电路，基准电压偏置电路通过稳压电路为互导放大电路输出模拟电压信号提供一个正向的小幅基准电压，避免输入失调电压造成互导放大电路输出的模拟电压信号出现负值，导致超出模数转换单元的量程；

有源滤波电路，用于滤除混入互导放大电路中的高频噪声；

每个互导放大电路由数字模拟开关来切换放大倍数，数字模拟开关包括3个切换开关，3个切换开关分别连接100欧姆、47K欧姆和500K欧姆电阻，形成低、中、高三档，DSP主机控制单元控制16个互导放大电路的数字模拟开关同时切换到连接有相同大小电阻的开关，实现同时将16个互导放大电路的放大倍数切换到低、中或高三档中的任意一档。

本发明还提供了一种基于16通道闪光信号同步测量方法，其步骤为：

（1）上位机处理单元通过USB2.0数据传输单元将系统采样闪光信号的总时间T_w1和采样间隔时间t_s1传输到DSP主机控制单元，系统采样次数n= T_w1/t_s1；

（2）DSP主机控制单元设定应用程序缓冲区的大小为β字节，β=32n；

（3）DSP主机控制单元通过模拟控制总线控制16个模数转换电路同时采样和转换16个互导放大电路产生的模拟电压信号；

（4）DSP主机控制单元通过同步时钟线产生的16个时钟信号控制16路模数转换电路以串行方式同步输出转换结果，DSP主机控制单元的并行数据总线配合16个时钟信号读取由16个模数转换电路输出的串行位数据组成的16位并行数据，并将该数据存储到DSP主机控制单元的外部数据存储区；

（5）重复步骤（3）和步骤（4）n-1次，

（6）DSP主机控制单元按照采样时间先后顺序将外部数据存储区中的采样数据经USB2.0数据传输单元集中传输到上位机处理单元；

（7）上位机处理单元按照DSP主机控制单元传输数据的顺序处理该数据，并还原成16个通道的模拟电压信号，从而实现16通道同步测量。                     

此外，本发明还提供了一种基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道闪光脉冲的捕捉方法，它包括以下步骤：

（1）上位机处理单元通过USB2.0数据传输单元将系统采样闪光信号的总时间T_w2、采样间隔时间t_s2和采样阈值A_t传输到DSP主机控制单元，系统采样次数m= T_w2/t_s2；

（2）DSP主机控制单元将DSP主机控制单元应用程序缓冲区设置为循环缓冲区，上位机处理单元将上位机处理单元应用程序缓冲区设置为线性缓冲区；两个缓冲区的大小相同，其大小δ取决于采样次数m，δ=32*m；

（3）DSP主机控制单元通过模拟控制总线控制16个模数转换电路同时采样和转换16个互导放大电路产生的模拟电压信号；

（4）DSP主机控制单元通过同步时钟线产生的16个时钟信号控制16路模数转换电路以串行方式同步输出转换结果，DSP主机控制单元的并行数据总线配合16个时钟信号读取由16个模数转换电路输出的位数据组成的16位并行数据，然后DSP主机控制单元在将该数据存储到DSP主机控制单元的循环缓冲区的同时提取其中一个通道的模拟电压信号值；                            

（5）如果该模拟电压信号值超过设定的采样阈值A_t，则DSP主机控制单元将该次采样过程中存储于DSP主机控制单元的应用程序缓冲区的转换结果数据矩阵的首地址记录为Ad₁；否则，返回步骤（3）；

（6）DSP主机控制单元继续采样k次，对于步骤（2）中的采样次数m，k的大小为：

                                K=0.8*m                                    ；

（7）DSP主机控制单元寻址循环缓冲区Ad₁之前θ个地址，记录为地址Ad₂，θ的大小为：

                                θ=0.2*δ                              ；

（8）DSP主机控制单元从地址Ad₂开始将DSP主机控制单元的应用程序缓冲区中的δ个数据全部发送到上位机处理单元；

（9）上位机处理单元按照DSP主机控制单元发送的顺序接收数据，并将该数据还原成16个通道的模拟电压信号，从而实现多通道闪光脉冲捕捉。

进一步地，16通道闪光脉冲的捕捉方法涉及的步骤（4）中，所述的阈值设定方法包括如下两种： 

（1）主机预采样待测闪光的峰值A_p，采样阈值A_t设置为：

                                A_t=0.25A_p                               ；

（2）用户根据被测对象闪光强度的峰值参数自行设定采样阈值，对于峰值A_pp,采样阈值A_t设置为：

                                A_t=0.2A_pp              

进一步地，基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道闪光同步测量方法的步骤（7）或16通道闪光脉冲的捕捉方法的步骤（9）中所述的数据还原的方法，其过程如下：

主机的并行数据总线分别连接到16个所述的模数转换器的串行数据输出总线；每次采样与转换结束后，主机采用源同步的方式，通过连续16个时钟信号的下降沿读取所述的16路串行转换结果到所述的主机并行数据总线，在每一个时钟脉冲下降沿，主机所读取的int类型数据包含16路闪光信号模数转换结果数据中的相同位的信息，令通道号分别为a_0-a_15,则通道a_0到通道a_15的闪光信号每次经模数转换器转换后的结果数据组成数据矩阵 A ₁ ,其形式为：

A ₁ =[x ₁₅ x ₁₄ x ₁₃ x ₁₂ x ₁₁ x ₁₀ x ₉ x ₈ x ₇ x ₆ x ₅ x ₄ x ₃ x ₂ x ₁ x ₀ ]               ；

矩阵元素为：

这是16通道闪光信号的实际采样值，应该在上位机处理单元中被还原出来。

令通道i的转换结果在第j个时钟下的数据位为a_i_j,则在第i个时钟信号，主机并行数据接口读取到的数据是由a_0_i-a_15_i组成的int型数据，16个时钟脉冲下降沿后主机读取到16通道一次采样的所有位信息组成的数据块，它是由16个word组成的数据矩阵 A ₂，其形式如下：

A ₂=[ x ^T ₁₅ x ^T ₁₄ x ^T ₁₃ x ^T ₁₂ x ^T ₁₁ x ^T ₁₀ x ^T ₉ x ^T ₈ x ^T ₇ x ^T ₆ x ^T ₅ x ^T ₄ x ^T ₃ x ^T ₂ x ^T ₁ x ^T ₀ ]  ；

矩阵元素为：

可以看出，主机存储并传输到计算机的数据矩阵 A ₂与16通道闪光信号在一次采样中的模数转换结果数据矩阵 A ₁之间存在如下关系：

                                 A ₁=  A ^T ₂                             ；

因此上位机处理单元接收到所述的n次采样数据之后按照接收的时间顺序，以每16个int型数据组成数据矩阵，分别按照一定的方法处理每个数据矩阵，处理方法包括如下步骤：

（1）上位机处理单元将每个数据矩阵做转置，得到新的数据矩阵；

（2）提取新的数据矩阵的列向量；

则每个所述的列向量分别为16个通道的闪光信号的模数转换结果，从而实现多通道闪光信号同步测量，在所有被还原的闪光信号值中，从第一个超过闪光信号零点值的闪光信号值开始到之后再一次回到闪光信号零点值的闪光信号值之间的值即捕捉到的闪光信号值。

 由于采用了本发明的技术方案，本发明提供了一种基于DSP的16通道闪光测量系统，它包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、DSP主机控制单元、USB2.0数据传输单元、上位机处理单元。本发明还提供了基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道闪光同步测量方法及16通道的闪光脉冲的捕捉方法，有效实现对多通道闪光信号的采集，大大简化了系统的电路结构；通过设置循环缓冲区存储多路闪光混合信号，以被测闪光信号的峰值为参照设定测量阈值，标记有效数据起始地址以及上位机还原数据的方法，有效地捕捉多通道闪光的脉冲信号。本发明的测量系统的采样频率可达100K，支持闪光时间在几十μs到几秒之间的所有闪光设备，测量精度达到检测仪器国家二级标准，可以同步检测16通道闪光信号并具备真正的同时性，满足现有的所有闪光灯的闪光信号的测量要求。

附图说明

图1是本发明16通道闪光测量系统的结构示意图；

图2是本发明单通道闪光信号调理单元电路图；

图3是本发明16通道模数转换与数据采集电路示意图

图4是本发明DSP单元与USB传输单元通讯电路原理图；

图5是本发明USB数据传输程序流程图；

图6是本发明16通道闪光信号同步测量方法流程图；

图7是本发明16通道闪光脉冲捕捉方法程序流程图。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的技术内容，结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

参见附图1为本发明的一种基于DSP的多通道闪光测量装置的硬件结构框图，包括闪光光源、光探头、信号调理单元、模数转换单元、USB2.0数据传输单元和上位机处理单元。

进一步地，所述的信号采集单元中滤光片组用于将光探头的原有光谱光视效率曲线修正为符合人眼视觉的光谱光视效率曲线，余弦校正器用于消除被测闪光的入射角误差，使光探头收集到180°立体角内的闪光信号；

进一步地，所述的基准电压偏置电路还包括稳压电路，所述稳压电路包括一个稳压二极管，用于为基准电压偏置电路提供一个稳定的电压源；

进一步地，系统在设计时，16个测量通道分为完全相同的四组，每组由四个完全相同的测量通道组成数据采集卡，便于系统维护，控制信号与数据总线通过底板与各个测量通道传输数据。

光探头、信号调理单元和模数转换单元构成一个测量通道，系统共有16个该通道，其中每一个信号调理单元都包括互导放大电路，基于该互导放大电路的有源滤波电路，以及基准电压偏置电路。

 进一步地，所述的USB2.0数据传输方式为：

所述的USB2.0数据传输方式设定为块传输方式，收发双方外设控制器的用于数据传输的端点为4个块传输端点，端点大小都设置为512字节，数据在USB端点传输时，USB处理数据之后自动分割成端点大小的数据包进行传输。本系统采用端点6和端点2分别作为下行和上行数据端点，计算机的应用程序缓冲区连接到端点6，DSP主机的应用程序缓冲区连接到端点2，分别形成两条数据传输管道；

数据传输过程如下：

数据下行时，计算机作为发送方，主机作为接收方。计算机发送数据到下行端点缓冲区，主机查询端点6的空标志位确认该数据到达端点，当确认下行端点存在数据后，主机接收该数据并完成相应操作；

数据上行时，主机作为发送方，计算机作为接收方。主机发送返回数据到上行端点，同时查询端点2的满标志位，等待上位机处理单元读取上行数据；上位机处理单元以一定的时间间隔查询上行端点，当未查询到数据时空读取，当查询到上行数据时读取整包的上行数据，读取完成后上行端点满标志位无效指示主机继续发送上行数据，直到发送完所有数据包。

DSP主机控制单元和计算机程序使用上述的USB数据传输方式通信，上位机处理单元发送用户命令给主机，主机则返回握手数据和测量结果数据，上位机处理单元与主机的通信协议共包括：联机通讯、采样总时间设定、采样间隔时间设定、采样超时时间设定、采样阈值设定、参数校验、信号峰值测量、零点信号采集、多通道信号采集、采样结果传输等。

如图2所示为单个信号调理单元，其功能为将光探头产生的负电流信号分档转换为电压信号并对该电压信号进行滤波处理，滤除高频噪声，与此同时，为了防止失调电压导致该单元输出出现负向电压，电路提供了一个微小的偏置电压。具体地，该单元包括一个运算放大器U1，五个电阻R1、R3、R4、R5、R6，四个电位器R2、R7、R8、R9，一个稳压二极管D1，一个双四选一数字模拟开关U2，DSP主机控制单元U3。运算放大器U1采用TI公司的OP37；其连接关系为：R3、C1的一端和信号输入端与U1的2号端口相连， U1的3号端口连接到模拟地，U1的7号端口7、4号端口分别接正5V直流电和模拟地电位，U2的6号端口输出放大后的模拟信号并与R7、R8、R9的一端和C1的另一端相连； 数字模拟开关采用TI公司的CD4052，这是一款可由数字信号控制的模拟开关，内部包含两个四选一的模拟开关，这里只用到其三个开关用于高、中、低三种放大倍数的切换，该数字模拟开关U2由9号端口和10号端口控制切换，其连接方式为：R4、R5、R6的一端分别和U2的1号端口、5号端口和2号端口相连，U2的3号端口与U1的2号端口相连，U2的9号和10号端口分别连接到U3的两根控制线，DSP主机控制单元U3采用的是TI公司的DSP芯片TMS320F2812。R4、R5、R6的另一端分别与电位器R7、R8、R9的另一端相连。

如图3所示为模数转换与数据采集示意图，U3为DSP主机控制单元，用于产生控制总线和数据总线，U4为总线收发器，用于增强控制总线的驱动能力，U5到U20都是串行、16位模数转换器，用于采样和转换调理电压。具体连接方式为：U3的控制总线引脚分别接到U4的总线输入端口，U4的总线输出端口分成三组控制总线分别接到U5-U20的控制端口，U5到U20的串行数据输出端口汇合成为数据总线，连接到U3的并行I/O端口。模数转换器的三组控制总线分别是时钟端口、参数配置端口和采样转换控制端口，分别通过U3产生的三组控制总线控制，U3配合控制信号读取并行I/O，并将数据暂存到数据缓冲区。

需要说明的是，根据上位机处理单元与DSP主机之间的通信协议，U3获取采样的总时间T_w1和采样周期T_s1，则U3控制采样次数为n，其大小为：

                            n=T_w/T_s                             ；  

DSP主机和计算机程序通过USB2.0数据传输模块进行通信，如图4所示，U4为USB芯片，采用Cypress公司的CY7C68013，其与U3即DSP主机控制单元之间的连接关系为：U4的数据接口PB连接到DSP的数据接口GPIOB，U4的端口8连接到U3的端口20，U4的端口9连接到U3的端口35，U4的端口36连接到U3的端口83，U4的端口37连接到U3的端口79，U4的端口42连接到U3的端口91，U4的端口45连接到U3的端口41，U4的端口44、46连接到模拟地。

USB固件程序由上位机处理单元下载到USB芯片，配置USB的工作方式为块传输方式，USB的外设控制器用于数据传输的端点为4个块传输端点，端点大小都设置为512字节，数据在USB端点传输时，USB自动将数据处理成端点大小的数据包。本系统采用端点6和端点2分别形成下行和上行数据端点，上位机处理单元的应用程序缓冲区连接到端点6，DSP主机的应用程序缓冲区连接到端点2，分别形成两条数据传输管道；

如图5所示为USB数据传输的工作流程图，上位机处理单元作为发送方，DSP主机作为接收方，DSP主机查询端点6的空标志位等待上位机处理单元发送命令数据到所述的端点6，当空标志位无效时开始接收数据，每接收一个数据，DSP主机查询一次空标志位，重复上述过程，直到接收完所有的下行数据，空标志位有效。

DSP主机单元对接收到的命令数据包进行解析并完成相应操作，并将对应的应答数据包通过所述的端点2数据传输管道发送到上位机处理单元；此时DSP主机作为发送方，上位机处理单元作为接收方，DSP主机单元发送数据到USB总线，每发送一个数据，查询端点2的满标志位，等待上位机处理单元分包读取数据，重复上述过程，直到发送完所有数据包。上位机处理单元轮询上行端点读取数据并存储到数据缓冲区用于后续处理。

DSP主机单元和上位机处理单元的数据缓冲区的大小都取决于采样的数据量，由于每次采样得到16个通道的int型数据组成的32Byte数据矩阵，因此DSP主机和上位机处理单元的数据缓冲区的大小都设置为δ，其大小为：

                            δ=32*n                               ；

DSP主机控制单元和上位机处理单元通过USB2.0传输模块通信，通信协议包括：联机测试、采样总时间设定、采样间隔时间设定、采样超时时间设定、采样阈值设定、参数校验、信号峰值测量、零点信号采集、多通道信号采集、采样结果传输。

如图6所示为本发明提出的16通道的闪光信号同步测量方法流程图，参照图3的电路结构，该过程包括如下步骤：

步骤6.1、上位机处理单元通过USB2.0数据传输单元将系统采样闪光信号的总时间T_w1和采样间隔时间t_s1传输到DSP主机控制单元，系统采样次数n= T_w1/t_s1；

步骤6.2、DSP主机控制单元设定应用程序缓冲区的大小为β字节，β=32n；

步骤6.3、DSP主机控制单元通过模拟控制总线控制16个模数转换电路同时采样和转换16个互导放大电路产生的模拟电压信号；

步骤6.4、DSP主机控制单元通过同步时钟线产生的16个时钟信号控制16路模数转换电路以串行方式同步输出转换结果，DSP主机控制单元的并行数据总线配合16个时钟信号读取由16个模数转换电路输出的串行位数据组成的16位并行数据，并将该数据存储到DSP主机控制单元的外部数据存储区；

步骤6.5、重复步骤6.3和步骤6.4 n-1次，

步骤6.6、DSP主机控制单元按照采样时间先后顺序将外部数据存储区中的采样数据经USB2.0数据传输单元集中传输到上位机处理单元；

步骤6.7、上位机处理单元按照DSP主机控制单元传输数据的顺序处理该数据，并还原成16个通道的模拟电压信号，从而实现16通道同步测量。

 如图7所示为本发明提出的16通道的闪光信号捕捉方法流程图，参照图3的电路结构，该过程包括如下步骤：

步骤7.1、上位机处理单元通过USB2.0数据传输单元将系统采样闪光信号的总时间T_w2、采样间隔时间t_s2和采样阈值A_t传输到DSP主机控制单元，系统采样次数m= T_w2/t_s2；

步骤7.2、DSP主机控制单元将DSP主机控制单元应用程序缓冲区设置为循环缓冲区，上位机处理单元将上位机处理单元应用程序缓冲区设置为线性缓冲区；两个缓冲区的大小相同，其大小δ取决于采样次数m，δ=32*m；

步骤7.3、DSP主机控制单元通过模拟控制总线控制16个模数转换电路同时采样和转换16个互导放大电路产生的模拟电压信号；

步骤7.4、DSP主机控制单元通过同步时钟线产生的16个时钟信号控制16路模数转换电路以串行方式同步输出转换结果，DSP主机控制单元的并行数据总线配合16个时钟信号读取由16个模数转换电路输出的位数据组成的16位并行数据，然后DSP主机控制单元在将该数据存储到DSP主机控制单元的循环缓冲区的同时提取其中一个通道的模拟电压信号值；                          

步骤7.5、如果该模拟电压信号值超过设定的采样阈值A_t，则DSP主机控制单元将该次采样过程中存储于DSP主机控制单元的应用程序缓冲区的转换结果数据矩阵的首地址记录为Ad₁；否则，返回步骤（3）；

步骤7.6、DSP主机控制单元继续采样k次，对于步骤（2）中的采样次数m，k的大小为：

                                K=0.8*m                                    ；

步骤7.7、DSP主机控制单元寻址循环缓冲区Ad₁之前θ个地址，记录为地址Ad₂，θ的大小为：

                                θ=0.2*δ                              ；

步骤7.8、DSP主机控制单元从地址Ad₂开始将DSP主机控制单元的应用程序缓冲区中的δ个数据全部发送到上位机处理单元；

步骤7.9、上位机处理单元按照DSP主机控制单元发送的顺序接收数据，并将该数据还原成16个通道的模拟电压信号，从而实现16通道闪光脉冲捕捉。

 基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道闪光同步测量方法的步骤（7）或16通道闪光脉冲的捕捉方法的步骤（9）中所述的数据还原的方法，其过程如下：    

上位机处理单元将接收的数据依先后顺序分组为n个数据块，每个数据块 A ₂由16个16位word数据组成，其形式为：

A ₂=[ x ^T ₁₅ x ^T ₁₄ x ^T ₁₃ x ^T ₁₂ x ^T ₁₁ x ^T ₁₀ x ^T ₉ x ^T ₈ x ^T ₇ x ^T ₆ x ^T ₅ x ^T ₄ x ^T ₃ x ^T ₂ x ^T ₁ x ^T ₀ ]  ；

数据矩阵的元素为：

将数据矩阵A₂进行转置得到数据矩阵A₁，则矩阵元素为：

令           A ₁ =[x ₁₅ x ₁₄ x ₁₃ x ₁₂ x ₁₁ x ₁₀ x ₉ x ₈ x ₇ x ₆ x ₅ x ₄ x ₃ x ₂ x ₁ x ₀ ]               ；

则 x ₁₅-  x ₀分别为通道15-通道0的采样值。上位机处理单元将n个数据块全部按照该方法还原则得到16通道在整个采样过程中的n个采样值，16个闪光脉冲波形即存在于该过程中。

上位机处理单元将16个通道的闪光信号过程显示出来并且计算得到闪光指数和色温。

需要说明的是，对于有预闪光的闪光灯，系统通过如下方法捕捉主闪光信号：

（1）系统按照权利要求5所述的阈值设定方法分别设定预闪光信号和主闪光信号的采样阈值；

（2）主机检测到闪光信号第一次达到预闪光采样阈值后略过该数据，继续采样，按照权利要求2所述的多通道信号同步测量方法和权利要求4所述的闪光脉冲捕捉方法测量下一次闪光信号，即主闪光信号。

在此说明书中，本发明已参照特定的实施例做了描述。但是，对于不背离本发明的精神和范围的修改和变换，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。因此说明书和附图应被认为是说明性的而非限定性的。

Claims (6)

1.一种基于DSP的16通道闪光测量系统，其特征在于它包括：

信号采集单元，它包括16个高灵敏度光探头、滤光片组和余弦校正器，用于将闪光信号转换成负电流电信号；

与信号采集单元对应的16个信号调理单元，用于将光探头产生的负电流信号转换成可采样的模拟电压信号；

与16个信号调理单元对应的16个模数转换单元，用于将模拟电压信号转换为数字信号；

DSP主机控制单元，它包括TI公司的DSP主控芯片TMS320F2812和大小为0.5M的外部数据存储区，用于控制所述的模数转换单元、读取数据转换结果并与计算机程序进行通信、解析计算机发送的命令数据；

USB2.0数据传输单元，用于DSP主机控制单元与计算机程序机之间的通信与数据传输；

上位机处理单元，用于与DSP主机控制单元进行通信，控制采样过程并处理和显示DSP主机控制单元传输的数字信号转换结果、计算闪光指数和色温；

所述信号采集单元、信号调理单元和模数转换单元形成16个完全相同的信号采集通道，

每一个信号调理单元还包括如下电路：

互导放大电路，用于将光探头输出的负电流信号转换为模拟电压信号，互导放大电路包括设置有稳压电路的基准电压偏置电路，基准电压偏置电路通过稳压电路为互导放大电路输出模拟电压信号提供一个正向的小幅基准电压，避免输入失调电压造成互导放大电路输出的模拟电压信号出现负值，导致超出模数转换单元的量程；

有源滤波电路，用于滤除混入互导放大电路中的高频噪声；

每个互导放大电路由数字模拟开关来切换放大倍数，数字模拟开关包括3个切换开关，3个切换开关分别连接100欧姆、47K欧姆和500K欧姆电阻，形成低、中、高三档，DSP主机控制单元控制16个互导放大电路的数字模拟开关同时切换到连接有相同大小电阻的开关，实现同时将16个互导放大电路的放大倍数切换到低、中或高三档中的任意一档。

2.利用权利要求1所述的一种基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道闪光同步测量方法，其特征在于，它包括如下步骤： 

（1）上位机处理单元通过USB2.0数据传输单元将系统采样闪光信号的总时间T_w1和采样间隔时间t_s1传输到DSP主机控制单元，系统采样次数n= T_w1/t_s1；

（2）DSP主机控制单元设定应用程序缓冲区的大小为β字节，β=32n；

（3）DSP主机控制单元通过模拟控制总线控制16个模数转换电路同时采样和转换16个互导放大电路产生的模拟电压信号；

（4）DSP主机控制单元通过同步时钟线产生的16个时钟信号控制16路模数转换电路以串行方式同步输出转换结果，DSP主机控制单元的并行数据总线配合16个时钟信号读取由16个模数转换电路输出的串行位数据组成的16位并行数据，并将该数据存储到DSP主机控制单元的外部数据存储区；

（5）重复步骤（3）和步骤（4）n-1次，

（6）DSP主机控制单元按照采样时间先后顺序将外部数据存储区中的采样数据经USB2.0数据传输单元集中传输到上位机处理单元；

（7）上位机处理单元按照DSP主机控制单元传输数据的顺序处理该数据，并还原成16个通道的模拟电压信号，从而实现16通道同步测量。

3.根据权利要求2所述的16通道闪光同步测量方法，其特征在于，在步骤（7）中，上位机处理单元通过如下方法实现多通道数据还原：

主机的并行数据总线分别连接到16个模数转换单元的串行数据总线；每次采样与转换结束后，主机采用源同步的方式，通过连续16个时钟信号的下降沿读取16通道串行转换结果到所述的主机并行数据总线，在每一个时钟脉冲下降沿，主机所读取的int类型数据包含16通道闪光信号模数转换结果数据中的相同位，令通道号分别为a_0-a_15,则通道a_0到通道a_15的闪光信号每次经模数转换器转换后的结果数据组成数据矩阵 A ₁ ,其形式为：

A ₁ =[x ₁₅ x ₁₄ x ₁₃ x ₁₂ x ₁₁ x ₁₀ x ₉ x ₈ x ₇ x ₆ x ₅ x ₄ x ₃ x ₂ x ₁ x ₀ ]                   ；

矩阵元素为：

这是16通道闪光信号的实际采样值，应该在上位机处理单元中被还原出来，令通道i的转换结果在第j个时钟下的数据位为a_i_j,则在第i个时钟信号，主机并行数据接口读取到的数据是由a_0_i-a_15_i组成的int型数据，16个时钟脉冲下降沿后主机读取到16通道一次采样的所有位信息组成的数据块，它是由16个word组成的数据矩阵 A ₂，其形式如下：

A ₂=[ x ^T ₁₅ x ^T ₁₄ x ^T ₁₃ x ^T ₁₂ x ^T ₁₁ x ^T ₁₀ x ^T ₉ x ^T ₈ x ^T ₇ x ^T ₆ x ^T ₅ x ^T ₄ x ^T ₃ x ^T ₂ x ^T ₁ x ^T ₀ ]    ；

矩阵元素为：

可以看出，主机存储并传输到计算机的数据矩阵 A ₂与16通道闪光信号在一次采样中的模数转换结果数据矩阵 A ₁之间存在如下关系：

                                 A ₁=  A ^T ₂                                                               ；

因此上位机处理单元接收到所述的n次采样数据之后按照接收的时间顺序，以每16个int型数据组成数据矩阵，分别按照一定的方法处理每个数据矩阵，处理方法包括如下步骤：

（1）上位机处理单元将每个数据矩阵做转置，得到新的数据矩阵；

（2）提取新的数据矩阵的列向量；

则每个所述的列向量分别为16个通道的闪光信号的模数转换结果，从而实现多通道闪光信号同步测量。

4.利用权利要求1所述的一种基于DSP的16通道闪光测量系统实现的16通道的闪光脉冲的捕捉方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）上位机处理单元通过USB2.0数据传输单元将系统采样闪光信号的总时间T_w2、采样间隔时间t_s2和采样阈值A_t传输到DSP主机控制单元，系统采样次数m= T_w2/t_s2；

（2）DSP主机控制单元将DSP主机控制单元应用程序缓冲区设置为循环缓冲区，上位机处理单元将上位机处理单元应用程序缓冲区设置为线性缓冲区；两个缓冲区的大小相同，其大小δ取决于采样次数m，δ=32*m；

（3）DSP主机控制单元通过模拟控制总线控制16个模数转换电路同时采样和转换16个互导放大电路产生的模拟电压信号；

（4）DSP主机控制单元通过同步时钟线产生的16个时钟信号控制16路模数转换电路以串行方式同步输出转换结果，DSP主机控制单元的并行数据总线配合16个时钟信号读取由16个模数转换电路输出的位数据组成的16位并行数据，然后DSP主机控制单元在将该数据存储到DSP主机控制单元的循环缓冲区的同时提取其中一个通道的模拟电压信号值；                                  

（5）如果该模拟电压信号值超过设定的采样阈值A_t，则DSP主机控制单元将该次采样过程中存储于DSP主机控制单元的应用程序缓冲区的转换结果数据矩阵的首地址记录为Ad₁；否则，返回步骤（3）；

（6）DSP主机控制单元继续采样k次，对于步骤（2）中的采样次数m，k的大小为：

                                   K=0.8*m                                             ；

（7）DSP主机控制单元寻址循环缓冲区Ad₁之前θ个地址，记录为地址Ad₂，θ的大小为：

                                       θ=0.2*δ                                          ；

（8）DSP主机控制单元从地址Ad₂开始将DSP主机控制单元的应用程序缓冲区中的δ个数据全部发送到上位机处理单元；

（9）上位机处理单元按照DSP主机控制单元发送的顺序接收数据，并将该数据还原成16个通道的模拟电压信号，从而实现16通道闪光脉冲捕捉。

5.根据权利要求4所述的16通道闪光脉冲捕捉方法，其特征还在于，在步骤（1）中，阈值的设定方法包括两种：

（1）主机预采样待测闪光的峰值A_p，采样阈值A_t设置为：

                                     A_t=0.25*A_p                                      ；

（2）用户根据被测对象闪光强度的峰值参数自行设定采样阈值，对于峰值A_pp,采样阈值A_t设置为：

                                                             A_t=0.2*A_pp                                                           。

6.根据权利要求4所述的16通道闪光脉冲捕捉方法，其特征在于，在步骤（9）中，上位机处理单元通过如下方法实现多通道数据还原：

主机的并行数据总线分别连接到16个所述的模数转换单元的串行数据总线；每次采样与转换结束后，主机采用源同步的方式，通过连续16个时钟信号的下降沿读取16路串行转换结果到所述的主机并行数据总线，在每一个时钟脉冲下降沿，主机所读取的int类型数据包含16通道闪光信号模数转换结果数据中的相同位，令通道号分别为a_0-a_15,则通道a_0到通道a_15的闪光信号每次经模数转换器转换后的结果数据组成数据矩阵 A ₁ ,其形式为：

A ₁ =[x ₁₅ x ₁₄ x ₁₃ x ₁₂ x ₁₁ x ₁₀ x ₉ x ₈ x ₇ x ₆ x ₅ x ₄ x ₃ x ₂ x ₁ x ₀ ]                   ；

矩阵元素为：

这是16通道闪光信号的实际采样值，应该在上位机处理单元中被还原出来，令通道i的转换结果在第j个时钟下的数据位为a_i_j,则在第i个时钟信号，主机并行数据接口读取到的数据是由a_0_i-a_15_i组成的int型数据，16个时钟脉冲下降沿后主机读取到16通道一次采样的所有位信息组成的数据块，它是由16个word组成的数据矩阵 A ₂，其形式如下：

A ₂=[ x ^T ₁₅ x ^T ₁₄ x ^T ₁₃ x ^T ₁₂ x ^T ₁₁ x ^T ₁₀ x ^T ₉ x ^T ₈ x ^T ₇ x ^T ₆ x ^T ₅ x ^T ₄ x ^T ₃ x ^T ₂ x ^T ₁ x ^T ₀ ]    ；

矩阵元素为：

可以看出，主机存储并传输到计算机的数据矩阵 A ₂与16通道闪光信号在一次采样中的模数转换结果数据矩阵 A ₁之间存在如下关系：

                                 A ₁=  A ^T ₂                                                               ；

因此上位机处理单元接收到所述的n次采样数据之后按照接收的时间顺序，以每16个int型数据组成数据矩阵，分别按照一定的方法处理每个数据块，处理方法包括如下步骤：

（1）上位机处理单元将每个数据矩阵做转置，得到新的数据矩阵；

（2）提取新的数据矩阵的列向量；

则每个所述的列向量分别为16个通道的闪光信号的模数转换结果，这些转换结果的数值中，从第一个超过零点的值开始到之后第一次到达零点的值之间的值即捕捉到的闪光信号值。

Images