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红外线气体分析仪在系统硬件上有哪些杰出设计?

发布时间:2021-07-27   点击次数:41次
  从国内现有的红外线气体分析仪来看,大部分在线监测仪需上位机配合完成数据的后期处理和保存,前端仅仅完成信号探测和采集的功能,这样的设计在一些安装受限或长期无人监管的场合就不能适用了,针对这种状况,我司开发一种红外线气体分析仪,它能够独立完成监测工作,并可将数据储存在大容量闪存中或通过GPRS远程传输,该仪器的简洁人机接口使无论测量还是仪器标定都可方便完成,同时USB接口的添加使仪器有了更大的扩展空间,并且仪器拥有多种信号输出方式,可以轻松与各种系统连接。
    
  红外线气体分析仪系统硬件设计:
  在仪器的硬件设计中红外光源,探测器,DSP系统及外围电路,信号放大电路的选择是关键。本仪器红外光源选择了IRL715红外光源,该光源的波长范围为从可见的光波长到5μm,5V电压驱动下工作寿命可达40000h。探测器选择了有两路测量通路的TPS2534G2。DSP采用了美国TI公司的TMS320F2812数字信号处理器,为32位定点DSP,内核提供高达150MIPS的计算带宽,大大提高了控制系统的控制精度和数据处理能力,其外围电路主要包括:数据采集、开关量输出、人机接口。存储系统和USB通讯接口。信号放大电路使用了两级AD8552运放电路串联,AD855X系列有自动偏置调整的功能,是低频微弱信号检测放大器系统的首要选择。因本仪器重在高速DSP系统在红外线气体分析仪上的应用,所以下面特别对DSP的外围电路做个说明。
  1、数据采集:主要负责模数转换和信号采集,将各种需要测量的模拟量通过.A/D转换后送到DSP。其中测量通道和参考通道的信号由红外探测器产生,由一个A/D转换器转换,转换精度为16bit,根据要求选择可直接与TMS320F2812接口的串行16bitA/D转换器;其他参与气体浓度补偿计算的信号,包括湿度、温度和大气压力信号由TMS320F2812自带的A/D分时转换,转换精度为12bit。以上信号转换后送到DSP处理器缓存。经系列复杂计算处理最终得到被测气体的浓度值。这里给出用于测量通道和参考通道信号采集的电路设计,如图2所示。
  2、开关置输出:开关量输出主要包括探测器温度控制信号、光学镜头窗温控信号、要素报警触发信号(浓度,温度,湿度)3路和1路时间触发信号。利用DSP处理器的通用I/O口可实现数字量的输出,74HC244实现各控制信号的驱动输出。图3为数字量输出电路图。需要注意的是:TMS320F2812处理器的电源电压为3.3V,而74HC244的电源电压为5V,两个器件存在接口电路的电平转换问题,不能直接连接,采用LVCl*5作为电平转换器,实现TMS320F2812和74HC244之间的电平匹配。
  3、人机接口:采用LCMl68651液晶模块作为显示,采用中断方式的矩阵键盘,人机接口的任务主要是接收键盘指令,完成仪器的设置,标定,测量等操作,提供实时的浓度变化曲线图绘制,并提供对历史数据的查询和显示功能。
  4、USB接口电路:USB接口用于下位机与上位机通讯。USB的数据传输率很高,所以不仅可以用来传送命令,而且可以实时传输数据,包括原始测量值,当前浓度值,或历史记录值,图4给出USB的接口电路原理图。
  5、数据存储:红外线气体分析仪需要存储的数据包括:气体测量记录号,日期、时间、浓度值,温度,湿度,大气压力等,记录数据量的大小取决于保存条目大小,保存种类,保存频度及保存时长,考虑到在线测量和无人管理测量的要求,采用大容量闪存K9F1G08UOA作为仪器的数据存储介质,总数据存储量大于128MB。