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1功能簡(jiǎn)介及總體方案
1.1功能簡(jiǎn)介
本儀器具備如下功能：(1)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煙道內(nèi)溫度、靜壓和二氧化硫的體積濃度、質(zhì)量濃
度；(2)長(zhǎng)時(shí)間保存測(cè)試數(shù)據(jù)，并能夠隨時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)；(3)大屏幕液晶實(shí)時(shí)顯示，
界面為全中文顯示，配合標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)操作，人機(jī)對(duì)話界面友好；(4)便攜式設(shè)計(jì)，可以通過(guò)RS2
32串口和PC機(jī)通信，并有日歷／時(shí)鐘及打印功能；(5)如果條件允許，可以在現(xiàn)場(chǎng)利用單片
機(jī)和PC機(jī)串口通信的功能，將單片機(jī)對(duì)A／D采樣的數(shù)據(jù)直接由串口發(fā)送給PC機(jī)，然后由PC機(jī)
對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理。
1.2總體方案
根據(jù)上述功能以及對(duì)測(cè)試精度的要求，該儀器由單片機(jī)基本單元、數(shù)據(jù)采集單元、液晶顯示
接口、鍵盤(pán)接口、時(shí)鐘電路、通信接口和打印接口等組成。
在測(cè)試界面，由CPU控制A/D芯片采集傳感器送來(lái)的電信號(hào)，把數(shù)據(jù)送給外擴(kuò)的大容量存儲(chǔ)器
進(jìn)行存儲(chǔ)，并在液晶顯示器上顯示測(cè)量結(jié)果。結(jié)合查詢(xún)界面，隨時(shí)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行查詢(xún)和打
��；在校準(zhǔn)界面，對(duì)顯示參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；在標(biāo)定界面，由專(zhuān)業(yè)人員對(duì)儀器的出廠參數(shù)校準(zhǔn)；
在傳送數(shù)據(jù)界面（測(cè)試過(guò)程中直接和PC機(jī)連接），此時(shí)單片機(jī)只是完成數(shù)據(jù)采集和上傳數(shù)
據(jù)的功能，計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)等均由PC機(jī)完成。
2系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1所示。
2.1單片機(jī)基本單元
P80C552是PHILIPS公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的一種符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高性能微控制器，是80C51
系列微控制器的改型，除了能提供80C51標(biāo)準(zhǔn)的功能以外，還能提供其他多種的專(zhuān)用功能，
因而特別適用于儀器儀表、工業(yè)控制等實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。
P80C552的硬件資源中有5個(gè)8位I/O口，一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器，不必外擴(kuò)I/O口。同時(shí)為了存儲(chǔ)測(cè)
試數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)斷電后不丟失，擴(kuò)展了一片W29C020C FLASH芯片，因其容量為256KB，需
要18根地址線而80C552只有16根地址線，于是利用P1.1和WR信號(hào)經(jīng)過(guò)或非門(mén)控制74HC
573；使用時(shí)先給地址線的ADDR16、ADDR17賦值，然后再由138選通FLASH的片選端，就可以
對(duì)FLASH芯片進(jìn)行操作了，其作用相當(dāng)于把256KB的FLASH芯片分成4個(gè)64KB來(lái)操作。單片機(jī)內(nèi)
部帶看
門(mén)狗電路。需要注意的是，F(xiàn)LASH芯片在保存數(shù)據(jù)時(shí)一定要采用軟件保護(hù)功能，以免由于電
壓波
動(dòng)等因素造成數(shù)據(jù)改變。
2.2數(shù)據(jù)采集單元
數(shù)據(jù)采集單元包括傳感器和A/D轉(zhuǎn)換芯片。
2.2.1傳感器
傳感器包括光學(xué)傳感器和溫度、壓力變送器。其中光學(xué)傳感器由紫外線燈，接收器、反射器
、信號(hào)調(diào)理電路及機(jī)械部分組成。測(cè)試原理如圖2所示。
由紫外線燈發(fā)射的紫外線，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的碼盤(pán)上的3個(gè)小孔，每一個(gè)孔上都安裝有不同頻段范
圍的濾光片，讓對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)，而其他波長(zhǎng)的光被濾掉，通過(guò)濾光片的光
經(jīng)過(guò)煙氣
后，由反射器反射并經(jīng)分光鏡到達(dá)接收器，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后，得到電壓信號(hào)。
根據(jù)伯郎比爾定律，若測(cè)得光源光強(qiáng)I0以及光束通過(guò)煙氣后的光強(qiáng)I，
由I/I0的比值(即光束通過(guò)介質(zhì)的透過(guò)率)可以計(jì)算出煙道中煙氣的體積濃度。
不透光度A=I/I0=e-KCL
其中：I0——入射光強(qiáng)；
I——出射光強(qiáng)；
K——吸收系數(shù)；
C——介質(zhì)濃度；
L——光通過(guò)煙氣的距離。
從上述原理可知：光學(xué)傳感器的輸出波形是每個(gè)周期含有3個(gè)脈沖的電信號(hào)，根據(jù)濾光
片的波長(zhǎng)范圍，3個(gè)脈沖分別為定位脈沖、測(cè)試脈沖和參考脈沖，其中定位脈沖用來(lái)確定信
號(hào)
的起始位置，測(cè)試脈沖和參考脈沖用來(lái)計(jì)算二氧化硫的體積濃度。
光學(xué)傳感器所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)都通過(guò)法蘭連接在一起，便于安裝、攜帶。測(cè)試儀的調(diào)整通過(guò)調(diào)
節(jié)發(fā)射器和接收器的法蘭來(lái)進(jìn)行。
壓力和溫度變送器，根據(jù)工作環(huán)境、測(cè)量精度、測(cè)量范圍、靈敏度來(lái)選取成品即可。
2.2.2A/D轉(zhuǎn)換芯片
根據(jù)測(cè)量精度要求，A/D轉(zhuǎn)換器選用了MAXIM197芯片。它是一種多路輸入(8路)、
單電源供電(+5V)、分辨率為12位的數(shù)據(jù)采集芯片，主要性能有軟件選擇輸入范圍(±10V，
±5V，0V～10V，0V～5V)；采樣速率為100×103次／s；時(shí)鐘頻率內(nèi)外任選。
應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：電源電壓波動(dòng)對(duì)精度的影響較大，因此芯片盡量單獨(dú)供電并采取加
濾波電容等措施。
2.3打印機(jī)及通信電路
打印機(jī)采用UP40面板式漢字微型打印機(jī)，采用26線并行接口和單片機(jī)連接。在需要打印的界
面中設(shè)置功能函數(shù)，只要在該界面按功能鍵就能打印出所需要的內(nèi)容。
為了進(jìn)一步對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，有些場(chǎng)合需要把測(cè)試數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)中，為此本儀器
增加了數(shù)據(jù)通信功能。
2.4實(shí)時(shí)時(shí)鐘
在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試時(shí)間、校準(zhǔn)時(shí)間等要記錄下來(lái)，所以必須有時(shí)鐘電路。本儀器采用了DS
12C887時(shí)鐘芯片，該芯片由鋰電池和石英晶體以及寫(xiě)保護(hù)電路組成，功能包括非易失性時(shí)鐘
、報(bào)警、100年的日歷，可編程中斷、方波產(chǎn)生器、113字節(jié)非易失性靜態(tài)RAM。在沒(méi)有外電
源的情況下，可以工作十年以上。
該芯片使用時(shí)要注意，上電后需要延時(shí)250ms，方可對(duì)其操作。
2.5液晶顯示和鍵盤(pán)接口電路
液晶顯示屏選用SHARP公司LM32019T，顯示控制器采用SED1335，它在同類(lèi)控制器中功能較強(qiáng) 。
采用標(biāo)準(zhǔn)4*4鍵盤(pán)，按任意鍵產(chǎn)生中斷信號(hào)，配合液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序和PC機(jī)程序。
3.1單片機(jī)程序
考慮到程序中要用到浮點(diǎn)運(yùn)算，單片機(jī)的程序用C51編寫(xiě)，按模塊化設(shè)計(jì)，包括主程序、中
斷服務(wù)程序和用于中斷服務(wù)程序的功能函數(shù)。主程序除了完成定時(shí)器、外部中斷等初始化和
調(diào)用各子函數(shù)外，還負(fù)責(zé)完成鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序，配合液晶顯示完成人機(jī)對(duì)話等功能。
主程序流程圖如圖3所示。
3.2PC機(jī)程序設(shè)計(jì)
PC機(jī)的程序用VB編寫(xiě)，該程序除接收測(cè)試儀器
發(fā)送的數(shù)據(jù)外，還對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯 示、分析、處理并繪制出二氧化硫的濃度變化曲線等。
4結(jié)論
本儀器廣泛吸取了國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品特點(diǎn)，所采用的物理測(cè)試方法維護(hù)費(fèi)用低，能滿(mǎn)足惡劣條
件下檢測(cè)的要求；采用薄膜型輕觸按鍵進(jìn)行操作，結(jié)合大屏幕LCD液晶顯示器顯示操作菜單
實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話；實(shí)時(shí)或測(cè)試完畢后打印數(shù)據(jù)；可與PC機(jī)通訊，傳輸記錄數(shù)據(jù)；對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)
行掉電保護(hù)。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求。 
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