CN210376147U - 基于树莓派的微型拉曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
基于树莓派的微型拉曼光谱仪，包括单片机、树莓派、半导体激光器、半导体制冷模块和CCD模块，单片机、CCD模块、半导体激光器和半导体制冷模块分别与树莓派相连，半导体制冷模块的制冷片位于半导体激光器的二极管旁边，CCD模块与单片机相连，树莓派驱动半导体激光器产生激光照射待测样品，CCD模块接收待测样品产生的光谱数据并经由单片机将光谱数据传输给树莓派，树莓派根据CCD模块接收的光谱数据绘制光谱图。本实用新型所述的基于树莓派的拉曼光谱仪采用树莓派作为数据处理与光谱仪控制，物美价廉，并且能够存储大量数据，整机体积小巧，重量轻，方便随身携带，树莓派与STM32F401之间采用UART通讯，传输稳定，节约成本；树莓派基于开源系统，方便扩展。
Description
技术领域
本实用新型涉及拉曼光谱仪，具体涉及一种基于树莓派的微型拉曼光谱仪。
背景技术
拉曼光谱是一种散射光谱，拉曼光谱分析法是对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息并应用于分子结构研究的一种分析方法，通常是使用激光得到物质分子层面的光谱信息，广泛应用于食品安全、药品检验、毒品侦测、司法鉴定、珠宝鉴定和环境检测等领域的表面研究、吸附界面表面状态研究、生物大小分子的界面取向及构型、构象研究、结构分析等无损物性分析及鉴别上。
在实际使用中，由于拉曼光谱仪的体积过大，价格昂贵，所以一般只能在实验室当中使用。但随着拉曼应用的不断扩展，微型拉曼光谱仪的应用场景越来越多。表面增强拉曼散射的发现减弱了微型光谱仪信号弱的缺点，使得微型拉曼光谱仪的使用更加广泛。目前现有的光谱仪也在向小型化发展，出现了许多微型拉曼光谱仪，但是这些光谱仪依旧有着繁琐的操作界面、昂贵的价格以及不利于扩展的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单，可扩展性强的基于树莓派的微型拉曼光谱仪。
为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案具体如下：
基于树莓派的微型拉曼光谱仪，包括单片机、树莓派、半导体激光器、半导体制冷模块和CCD模块，单片机、CCD模块、半导体激光器和半导体制冷模块分别与树莓派相连，半导体制冷模块的制冷片位于半导体激光器的二极管旁边，CCD模块与单片机相连，树莓派驱动半导体激光器产生激光照射待测样品，CCD模块接收待测样品产生的光谱数据并经由单片机将光谱数据传输给树莓派，树莓派根据CCD模块接收的光谱数据绘制光谱图。
进一步的，所述单片机为STM32F401。
进一步的，所述半导体激光器和所述半导体电制冷模块分别通过杜邦线连接到所述树莓派上。
进一步的，所述CCD模块包括TCD1304及其驱动电路。
进一步的，TCD1304及其驱动电路连接到STM32F401中的定时器引脚，STM32F401通过UART接口连接到树莓派的USB-A口上，半导体激光器模块的一个引脚接到树莓派GPIO口上，半导体激光器模块的电源接到树莓派的电源上，半导体制冷模块的一个引脚接到树莓派的GPIO口上，半导体制冷模块的电源接到树莓派的电源上
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型所述的基于树莓派的拉曼光谱仪采用树莓派作为数据处理与光谱仪控制，物美价廉，并且能够存储大量数据；采用TCD1304作为CCD器件，其驱动电路设计简单，方便实现；树莓派与STM32F401之间采用UART通讯，传输稳定，节约成本；树莓派基于开源系统，方便扩展；整机体积小巧，重量轻，方便随身携带。
附图说明
图1是本实用新型的基于树莓派的拉曼光谱仪工作原理流程图；
图2是本实用新型的基于树莓派的拉曼光谱仪各部件连接示意图。
具体实施方式：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1和图2所示，一种基于树莓派的微型拉曼光谱仪，主要包括STM32F401、树莓派、半导体激光器、半导体制冷模块。半导体制冷模块的制冷片位于半导体激光器的二极管旁边。半导体激光器通过杜邦线连接到树莓派上，半导体电制冷模块通过杜邦线连接到树莓派上。TCD1304及其驱动电路连接到STM32F401中的定时器引脚，STM32F401通过UART接口连接到树莓派的USB-A口上，STM32F401上的数据传输给树莓派，树莓派通过UART接收数据，绘制光谱图。
在树莓派中通过python语言编写程序发送指令驱动CCD工作并接受光谱信号，分光光路与接收电路结合，并使用特定光源标定。
将STM32F401的一个UART引脚通过USB-A连接线与树莓派的USB-A接口相连；
将半导体激光器模块的一个引脚接到树莓派GPIO口上，半导体激光器模块的电源接到树莓派的电源上；
将半导体制冷模块的一个引脚接到树莓派的GPIO口上，半导体制冷模块的电源接到树莓派的电源上。
CCD与STM32连接方式如下；
(1)根据TCD1304的datasheet焊接驱动电路；
(2)将电源与GND与STM32F401的电源和GND相连；
(3)将STM32F401的定时器口与驱动电路脉冲接口相连。
数据采集的步骤如下；
(1)配置树莓派：
(2)给树莓派安装raspberrypi操作系统；
(3)下载要使用的库文件；
(4)采用串口传输方法，使用python语言编写程序，发送指令和接收数据。
光路配置的步骤如下：
(1)确定合适的位置，使光谱能被CCD全部接收；
(2)使用特定光源标定；
(3)根据标定结果，修改上位机软件光谱图横坐标。
检测过程如下：
使用半导体激光器产生的激光作为光源照射待测样品，通过CCD接收待测样品产生的光谱，CCD接受的光谱数据经由STM32F401传输给树莓派，树莓派根据CCD接收的光谱数据绘制光谱图。
Claims (5)
1.基于树莓派的微型拉曼光谱仪，其特征在于，包括单片机、树莓派、半导体激光器、半导体制冷模块和CCD模块，单片机、CCD模块、半导体激光器和半导体制冷模块分别与树莓派相连，半导体制冷模块的制冷片位于半导体激光器的二极管旁边，CCD模块与单片机相连，树莓派驱动半导体激光器产生激光照射待测样品，CCD模块接收待测样品产生的光谱数据并经由单片机将光谱数据传输给树莓派，树莓派根据CCD模块接收的光谱数据绘制光谱图。
2.根据权利要求1所述的基于树莓派的微型拉曼光谱仪，其特征在于，所述单片机为STM32F401。
3.根据权利要求2所述的基于树莓派的微型拉曼光谱仪，其特征在于，所述半导体激光器和所述半导体电制冷模块分别通过杜邦线连接到所述树莓派上。
4.根据权利要求3所述的基于树莓派的微型拉曼光谱仪，其特征在于，所述CCD模块包括TCD1304及其驱动电路。
5.根据权利要求4所述的基于树莓派的微型拉曼光谱仪，其特征在于，TCD1304及其驱动电路连接到STM32F401中的定时器引脚，STM32F401通过UART接口连接到树莓派的USB-A口上，半导体激光器模块的一个引脚接到树莓派GPIO口上，半导体激光器模块的电源接到树莓派的电源上，半导体制冷模块的一个引脚接到树莓派的GPIO口上，半导体制冷模块的电源接到树莓派的电源上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112926830A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-08 | 南通市第一人民医院 | 一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统及控制方法 |
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2019
- 2019-08-14 CN CN201921313847.XU patent/CN210376147U/zh active Active
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Assignee: Jiangsu Yangtian Intelligent Technology Co.,Ltd. Assignor: Jiangsu Normal University Contract record no.: X2023980047188 Denomination of utility model: A Micro Raman Spectrometer Based on Raspberry Pi Granted publication date: 20200421 License type: Common License Record date: 20231117 |