Zznjupt

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2018年11月3日
发表者 Zznjupt
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电流

电流

电子的流动形成电流

这是一句至理名言,但是它的简洁掩盖了它的重要性和意义,几乎每一个电子学中的基本定义都是建立在它之上,并且几乎每一个信号完整性中的问题也都可以在电子的流动中找到理论依据。

想象一个过程:

       只有一个电子在原子核微弱的作用力下在最外层旋转,因此很容易在外力的作用下脱离轨道的情景。注意同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引。如果一个外来的电子靠近最外层只有一个电子的原子达到某种距离时,它将很容易驱逐原子最外层的电子并取代此电子的位置。

       现在,假设我们有一束铜原子延绵在一条导线上,在这条线的一端“放”一个电子(可能通过电池)。这个电子会驱逐属于第一个原子的最外层电子,并取代其位置。被驱逐的电子现在成了自由电子,然后会前进并取代下一个原子的外层电子,如此重复下去。当我们考察最终到达导线另一端的最后 个铜原子时, 如果这个原子的电子被取代了,那么必须得有个地方接收此电子。如果我们把线的两端都连接到了电池上,这最后一个电子将流回电池。如果我们没有把线的两端连接到电池上,最后一个电子将无处可去。由于没有容纳它的地方,这个过程将立即中止,没有电流产生。

以上的简要描述说明了如下3点。

1.电子的运动形成电流。

2.必须有接纳电子的地方。也就是说,它必须在一一个环路中流动。如果在线的另一端没有连接,最后一个电子将无处可去。电子会立即聚集起来并阻止任何其他电子流入导线。只有在线的两端都有连接的情况下,电子才会在线中流动起来。

3. 电池拥有在一 端提供电子,同时使另一 端缺少相应数量电子的化学过程。这样,只要能在另一端接收到一个电子,电池就能在线的一端推动电子流动。

        一个普遍的误解认为,进入线一端的电子和从另一端出来的电子是同一个电子。从上面的描述可以看出,这是不正确的。一个电子穿越一 条导线可能要花费很长的时间(甚至要几个小时)。做个类比,有一条很长的通车隧道,许多同样的汽车排在里面要通过它。当一一辆汽车进入隧道时,另一辆(同样的)汽车离开隧道。我们可以用每单位时间内通过的汽车数来衡量流速。每次一辆车进入, 就有一辆车离开。 但是同一辆车从进入到最后出现在隧道另一端可能要花 费很长的时间。

事实上,这两种描述都不是很准确。电子不是从一个原子到另一个原子的移动,它们在驱逐并取代另一个电子之前可能跨越了几个原子。在结晶铜中,一个电子所走过的总的平均长度大约是4个原子。

2018年10月13日
发表者 Zznjupt
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单片机第一课

单片机导论课@2018.10.13

招新试题解答:什么是单片机?

单片机的Wikipedia解释:单片机,全称单片微型计算机英语:single-chip microcomputer),又称微控制器microcontroller),是把中央处理器存储器、定时/计数器(timer/counter)、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人计算机中的通用型微处理器相比,它更强调自供应(不用外接硬件)和节约成本。它的最大优点是体积小,可放在仪表内部,但存储量小,输入输出接口简单,功能较低。由于其发展非常迅速,旧的单片机的定义已不能满足,所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器;由于单片机微计算机常用于当控制器故又名single chip microcontroller。“单芯片”是台湾对单片机的称呼;中国大陆主要采用“单片机”的称呼,英文缩写为MCU。

                                                                     

绝大多数现在的单片机都是基于冯·诺伊曼结构的,这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分:一个中央处理器核心,程序存储器(只读存储器或者闪存)、数据存储器(随机存储器)、一个或者更多的定时/计数器,还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口——所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。

说单片机与通用型中央处理单元芯片不同,是因为前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作计算机。这样就可以很容易的把单片机系统植入装置内部来控制装置了。近年来为了在指令和数据上使用不同的字宽,并提高处理器流水线速度,哈佛结构微控制器(Microcontrollers)和数字信号处理器也逐渐得到了广泛的应用。

传统的微处理器是不允许这么做的。它要完成单片机的工作,就必须连接一些其他芯片。比如说,因为芯片上没有数据存储器,就必须要添加一些RAM的存储芯片,虽然所添加存储器的容量很灵活,但是至少还是要添加。另外还需要添加很多连线来传递芯片之间的数据。与以上的情况相比,单片机的工作则相对独立,一个典型的微控制器只需要一个时钟发生器和很少的RAM和ROM(或者EPROM, E2PROM)就可以在软件和晶振下工作了。同时,微控制器具有丰富的输入输出设备,例如模拟数字转换器定时器串口,以及其他串行通讯接口,比如I2C串行周边接口控制器局域网等。通常,这些集成在内部的设备可以通过特殊的指令来操作。



关于STM32(资料多,适用于STITP,互联网+等创新创业类比赛)【前期培训重点】

学习开发板(正点原子F407)·核心开发板

  • 开发环境:keil MDK(已上传到群里)
  • datasheet
  • 范例:点灯

下面这段代码称作led的底层驱动初始化配置

所以说从功能的角度来看,我们可以将单片机的功能总结为控制器。我们可以通过编程的方法来使单片机做出相应的功能。
当然,你也可以简单的理解为,我们可以通过编程使单片机按照一定规律输出1和0的电平。
单片机就是一个可以通过编程来输出0和1的微型计算机。
编程的目的是控制单片机输出0和1的规律。
这,就是所谓的单片机。[@qishi]

关于TM4C123GH6PM(TIVA-C)(电赛指定)【与电赛对接后培训重点】

  • 开发环境:Code Composer Studio(简称CCS)
  • datasheet

 

2018年10月1日
发表者 Zznjupt
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关于光谱成像的分光问题

分光一直是光谱分析的核心问题之一,在这个项目里,用什么器材分光,光谱分辨率如何,分得的光的波段是否容易精确测量(以便测试特征波段)是我们现在亟待解决的问题。

分光器材

        棱镜,在光学中是一种透明的光学元件,抛光与平坦的表面能折射光线。正确的表面角度取决于应用上的需求,传统的几何形状是以三角型为基础长方形为边的三棱柱。在口头上提到棱镜时,通常都是指这种类型,但许多光学棱镜都不是这种形状的棱镜。只要是对波长透明的材料都可以用来制造棱镜,但传统上和外观上看都是以玻璃来制作。棱镜可以将光线分裂成原来的成分,也就是光谱(在彩虹中的颜色),也可以用来反射或分裂成不同的偏振光

        石英棱镜用于紫外光区,玻璃棱镜用于可见光区。

        由于不同的波长有不同的折射率,因此能把不同波长分开。棱镜的波长越短,偏向角越大。

        棱镜分光:棱镜也是分光系统中的一个组成部件,因棱镜色散力随波长不同而变化,所在宽入射角宽波段偏振分光棱镜。棱镜分辨率随波长变化而变化,在短波部分分辨率较大,即棱镜分光具有“非匀排性”,色谱的光谱为“非匀排光谱。这是棱镜分光最大的不足。

        光栅(Grating)是一种非常重要的光学元件。

        广义的光栅定义为:可以使入射振幅相位(或两者同时)受到周期性空间调制的光学元件。只能使光受到振幅调制或相位调制的光栅,分别称为振幅光栅相位光栅。按工作方式分,光栅又可分为透射光栅(透射光受调制)和反射光栅(反射光受调制)。

        光栅每单位长度内的刻痕多少,主要决定于所分光的波长范围(两刻痕距离应与该波长数量级相近),单位长度内的刻痕多,色散度越大。光栅的分辨本领决定于刻痕多少。利用全息摄影技术制备的光栅称“全息光栅”,不像机刻光栅刻痕有周期性误差。

        衍射光栅(diffraction grating)是光栅的一种。它通过有规律的结构,使入射振幅相位(或两者同时)受到周期性空间调制。衍射光栅在光学上的最重要应用是作为分光器件,常被用于单色仪光谱仪上。

        实际应用的衍射光栅通常是在表面上有沟槽或刻痕的平板。这样的光栅可以是透射光栅反射光栅。可以调制入射光的相位而不是振幅的衍射光栅现在也能生产。

光栅的分光原理是衍射效应

        由于光的衍射于干涉总效果,不同波长通过光栅作用各有相应的衍射角。光栅的波长越短,偏向角越小。光栅的谱级重叠,有干扰,要考虑消除;棱镜没有这种情况。

        光栅分光:光波将在每个狭缝处发生衍射,经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉,这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。光栅在使用面积一定的情况下,狭缝数越多,分辨率越高;对于光栅常数一定的光栅,有效使用面积越大,分辨率越高。

        光栅分光计(Grating Spectrometer)是指采用光栅作为色散系统的光谱仪。光栅分光计分为平面光栅分光计反射式光栅分光计两类。平面光栅分光计通常由准直管、平面光栅和会聚透镜等三部分组成。准直管形成的平行光束经光栅各狭缝衍射,并发生干涉而在透镜焦平面上形成几条偏转方向不同的谱线,按偏转的大小为序。称为第一级(偏转最小),第二级……谱线。复色光将分解为各级光谱。反射式光栅分光计是能应用于全部紫外线光、可见光和红外光波段的光谱仪

        小结:棱镜和光栅色散型成像光谱仪出现较早、技术比较成熟,入射狭缝位于准直系统的前焦面上,入射的辐射经准直光学系统准直后,经棱镜或光栅色散由成像系统将狭缝按波长成像在焦平面探测器上。但是基于棱镜或光栅分光的光谱成像仪器的主要缺点是系统信噪比和光谱分辨率受狭缝宽度的限制,狭缝越窄,光谱分辨率越高,但系统接收到的能量也随之降低。

        滤光片是一种对的不同波段具有选择性吸收光学元件。常见的有有色玻璃、染色胶片或者充满有颜色溶液的玻璃槽等几种形式。其中用有色玻璃或染色胶片制成的滤光器也称为滤光片/镜、滤色片/镜等。广泛用于摄影、电气照明等领域。

        光学滤光片,简单来说就是用来选择性过滤所需要辐射波段的光学器件。基片多为白玻璃、石英、有色玻璃或塑料树脂等光学材料。

        光学滤光片的分类方式可以按光谱分布、光谱类型、带宽、波长、膜层特性、行业应用特点等方式分类。

1、按光谱波段区分滤光片:

        通过光谱的分布长短(即光谱所处区域)把滤光片分为:紫外滤光片,可见光滤光片,近红外滤光片,红外滤光片,远红外滤光片。

光谱波长范围如下:

  • 紫外滤光片180~400nm
  • 可见光滤光片400~700nm
  • 近红外滤光片700~3000nm
  • 红外滤光片3000nm~10um以上

2、按光谱特性区分滤光片:

        带通滤光片、短波截止滤光片、长波截止滤光片。

        带通型滤光片:选定特定波段的光通过,通带以外的光截止。其光学指标主要是中心波长(CWL),半带宽(FWHM),中心波长透过率(Tp),截止度及截止范围。按带宽分为窄带和宽带,通常按带宽比中心波长的值来区分,小于2%来定为窄带,大于2%定为宽带。比如窄带BP808-10滤光片,宽带的如BP650-80。

        短波通型(又叫低波通)短于选定波长的光通过,长于该波长的光截止。 比如红外截止滤光片,IR-CUT-650。

        长波通型(又叫高波通)长于选定波长的光通过,短于该波长的光截止 比如红外透过滤光片,LWP-700。

3、滤光片相关名词解释:

  • 中心波长(CWL):滤光片在实际应用中所使用的波长,如光源主峰值是850nm led灯,那需求的中心波长就是850nm。
  • 透过率(T):假设光初始值为100%,通过滤光片后有所损耗了,通过评估得出只有85%了,那就可以把这个滤光片的光学透过率只有85%,简单讲就是损失了多少,大家都希望做所有事性损失越小越好。
  • 峰值透过率(Tp)>85%:滤光片损耗后能够透过的最高值在85%以上。
  • 半带宽(FWHM):简单说就是最高透过率的1/2处所对应的波长,左右波长值相减,例如,峰值最好是90%,1/2就是45%,45%所对应的左右波长是800nm和850nm,那半带宽就是50nm。
  • 截止率(Blocked): 截止区所对应的透过率.由于要想透过率达到0%,那是非常难的事情,要知道太阳可以让地下的树变成炭,只靠这薄薄的薄膜去掩盖一切是很难的,只能选择它透过率越小越好,就是不想要的光谱透过率越小越好。
  • 截止波段:可接受的不想要的波长最小区域。
  • 介质硬膜(hard coating): 氧化物材料镀制(如Ta2O5,SiO2等)。
  • 软膜: 除氧化物材料外,如氟化物(MgF2),硫化物,常用的金,银,铝之类。增透膜(AR): 减反射膜,增加光的穿性,使光能量最有效的利用。
  • BBAR:背面宽带增透膜。
  • 高反(HR):光通过某波长被返回或反射较多,如平时用的镜子。
  • 高透(HT):光通过某波长损失较少,如平时用的玻璃窗,就属于可见光高透。

        很明显,如果用带通/窄带滤光片作为实验分光工具的话,高光谱一般需要大量波段,确实买不起,基本上10nm分辨率每个波段都有滤光片成品,但是5nm分辨率下并不都都有成品,波段不连续,很有可能错过可用特征波段。(主要还是成本太大)

  • 线性渐变滤光片(LVF)

        线性渐变滤光片(LVF)是一种光谱特性随位置线性变化的光学器件。它是采用离子辅助法或离子束溅射法等工艺,通过在基底表面镀制多层厚度变化的膜系而形成的。相比传统的窄带滤光片,线性渐变滤光片具有接近连续的光谱通道,因此采用线性渐变滤光片进行分光可以获得较高的光谱分辨率。光通讯中的波分复用技术(WDM)和密集波分复用技术(DWDM)就是将线性渐变滤光片耦合在光纤传输端口, 在不增加光纤数量的基础上将通讯传输量扩大几十倍乃至几百倍。线性渐变滤光片的另一个应用领域是光谱成像技术,相比于棱镜和光栅型等光谱成像仪,基于线性渐变滤光片的光谱成像仪具有高集成度、高稳定性和高分辨率等特点,其整机结构紧凑,体积小重量轻,同时研发和制造成本较低,具有很好的应用前景。线性渐变滤光片还可用于便携式分光计、光栅二级次光分离/截至、激光反射镜设计等方面和领域。

线性渐变滤光片

        由于镀膜工艺的限制,在线性渐变滤光片的镀制过程中 会引入各种误差,使得成品滤光片与设计特性产生偏差,并 且使用环境,如温度、湿度、压力等的变化会造成滤光片特性的改变。若要将其应用于相关方面的设计,就必须对其实 际特性进行检测以进行预标定。

        这东西国内没的卖,而且国内论文应用都在概念中没有看到实际的东西。但是看描述由于波段随空间线性连续,因此分光系统理应简单,免去了光学系统复杂造成的像差,可以尝试。

国内代理连接

  • (液晶)可调谐滤光片(LCTF等)

        跟上面的线性滤光片一样,是个科技前沿产品,具体直接见产品连接:(液晶)可调谐滤光片

        这个东西我看了半天是个bug级别的东西,只需要soc控制其通过波段即可达到带通滤波的效果,并且响应是50~100ms级的,这与传统机械轮盘式滤光的效率不是一个档次的,而且非常容易操作,但是缺点就是可调谐波段不是很宽,看了几个论文多用在多光谱成像的应用领域。

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2018年9月26日
发表者 Zznjupt
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几种典型多(高)光谱成像系统摘抄及各名词Google搜索结果【@《光谱及成像技术在农业中的应用》】

光谱成像仪种类繁多,光谱成像仪的典型类型包括:

  1. 滤镜相机(filetered camera)
  2. 扫帚式光谱仪(push broom scanner)
  3. 积分现场光谱仪(integral field spectrograph)
  4. 光楔成像光谱仪(wedge imaging spectrometer)
  5. 傅里叶变换成像光谱仪(fourier transform imaging spectrometer)

等。



(可参考)多光谱成像光谱仪

1.多光谱成像光谱仪概述

        多光谱成像光谱仪(也称多光谱相机)可以在可见和近红外波段使用多个不同通道来同时分别采集不同波段的图片(冯浩等,2008)。多光谱成像光谱仪获取的图像数据只有几个或几十个波段。多光谱图像可以通过在普通数码相机镜头前加对应波段的滤波片来采集,但一次只能采集一个波段的图片,且精度不高。

2.典型多光谱成像光谱仪

        MS3100多光谱成像仪的多光谱相机是由美国DuncanTech公司生产的MS3100 Duncan Camera(3CCD Camera),3CCD多光谱成像仪的原理见图(1),物体反射的光线经过第一个色膜,使波长高于630nm的光线通过,被反射的部分经过滤光片后在CCD传感器上成像,得到绿光通道图像,通过部分再经过第二个色膜,使光线按频率被分成两部分,一部分再·红光CCD传感器上成像,另一部分再经过第二个色膜,使光线按频率被分成两部分,一部分在红光CCD上成像,另一部分在近红外CCD传感器上成像。绿光通道的中心频率为540nm,通道带宽为40nm左右,红光通道的中心频率为670nm,通道带宽为40nm左右,近红外通道的中心频率为800nm,通道带宽为65nm左右(李晓丽和何勇,2009)。

图(1)<MS3100多光谱成像仪>

        其主要性能参数如下。

  • 成像装置:3个0.5 in(英寸)【1 in = 2.54cm】的CCD传感器(400~1100nm的三个通道光谱波段影像);
  • 图像分辨率:1392*1040像素;
  • 操作温度:0~50°C;
  • 重量:1.62kg。


♦可见-红外高光谱成像仪

1.高光谱成像通用结构

光源→样本→分光模组→面阵CCD摄像头

  • 光源作为成像系统的载体;
  • 光谱相机主要是由CCD摄像头图像光谱仪组成,CCD摄像头采用线列或者面列探测器作为敏感元件;
  • 工作时,图像光谱仪将检测对象反射或投射来的光分成单色光源后进入CCD摄像头;
  • 分光模组通过 棱镜→光栅→棱镜   射到光栅上的光束波长的不同进行色散,再经成像聚焦形成光谱;
  • 要拥有样本移动台。

2.典型高光谱成像光谱仪

        ImSpector高光谱成像系统由浙江大学构建。主要由光源、分光模组和面阵CCD侦测器及样本移动平台组成。其系统成像如图(2)所示。

图(2) <高光谱成像系统>

1.样本移动平台;2.系统支架;3.分光模组;4.CCD相机;5.光源系统

 

        其主要性能参数如下。

  • 光源:150W的光纤卤素灯,且光源强度0~100%可调;
  • 分光模组(光谱仪):ImSperctor V10E光谱为400~1000nm:ImSperctor N17E 光谱为900~1700nm;
  • 电控位移台:系统采用PSA200-11-X 作为高光谱图像采集系统的电控位移台。(两相步进电机 TSA200-B);
  • C-mount成像镜头 OLES22(ImSpector N17E 系统);C-mount 成像镜头 OLE23(ImSpector V10E 系统);
  • OBF570滤片;
  • 校正白板。


  • 淘宝上两种高光谱相机的架构:



  • 两种成像光谱仪工作原理:

 

 

 

 

 

 

 

 

<推扫型成像光谱仪工作原理>                  <光机扫描型成像光谱仪工作原理>

2018年9月23日
发表者 Zznjupt
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TM4下对Pixhawk的pwm波操作归纳

Pixhawk是一款兼容性极强的飞控,通过遥控器ppm波匹配实现遥控,本文所贴代码给出了模拟遥控器五个通道在各操作下的pwm波通道值(为了兼容性定义了宏),避免了繁杂的ppm编码(二十块钱购买一个ppm解码器就可以了)

下面这段悬停控制用的是Openmv的数据源,不是很精确。