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基于ARM的烟气分析仪微量氧测试仪露点仪的研制与开发

基于ARM的烟气分析仪微量氧测试仪露点仪的研制与开发

为了满足我国日益严格的烟气排放监测要求，基于自身在电力环保领域的技术积累和丰富经验，国电科学技术研究院（国电环境保护研究院）于2009年11月2日对固定污染源烟气（SO2、NOX、烟尘）排放DOAS法直接测量技术研究及系统研制项目予以正式立项，目的在于研制出可广泛应用于火力发电厂、各种工业窑炉锅炉、垃圾焚烧厂等场合的更高性能的烟气浓度直接测量仪器。烟气分析仪就是在这样的背景下产生的，它的基本构成就是数据采集系统。主营产品：微量氮分析仪|益康烟气分析仪|LPDT露点仪|美国深特露点仪|美国AII微量氧分析仪|便携式露点仪|Presens顶空分析仪|药品残氧仪|XPDM便携式露点仪|氧分析仪GPR-1200|氧分析仪价格|益康烟气分析仪|进口烟气分析仪|便携式微量氧分析仪|进口露点仪|进口氧分析仪|PTI弯曲挺度仪|Frank-PTI仪器|仪器维修|露点仪校准


数据采集系统是计算机在工业控制系统中*为普遍的应用系统。在生产工程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理工程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。
1 烟气分析仪原理
本系统分为下位机和上基于ARM的烟气分析仪微量氧测试仪露点仪的研制与开发位机两部分。
下位机主要完成信号的采集与传输功能；上位机主要完成信号的分析处理与存储功能。
下位机需要采集温度、湿度、浓度等各种量。传感器的标准输入信号为4-20MA的电流信号。通过A/D转换，转变为数字信号。经过ARM处理器LPC2103的分析处理，在液晶屏上显示。通过RS232串行接口与上位机进行通信[1]。主营产品：微量氮分析仪|益康烟气分析仪|LPDT露点仪|美国深特露点仪|美国AII微量氧分析仪|便携式露点仪|Presens顶空分析仪|药品残氧仪|XPDM便携式露点仪|氧分析仪GPR-1200|氧分析仪价格|益康烟气分析仪|进口烟气分析仪|便携式微量氧分析仪|进口露点仪|进口氧分析仪|PTI弯曲挺度仪|Frank-PTI仪器|仪器维修|露点仪校准
上位机通过RS232接口接收下位机传来的数据，通过VB编程实现数据的处理与存储功能。
系统框图如图1所示：
2 系统硬件设计
烟气分析仪的硬件包括处理器模块、温度测量模块、湿度测量模块、浓度测量模块、液晶显示模块。
本设计采用的处理器为ARM7系列的LPC2103，它是一个支持实时仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并带有8kB，16kB或32kB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在*大时钟速率下运行。较小的封装和很低的功耗使LPC2103特别适用于访问控制和POS机等小型应用中[2]。
本系统所用的液晶显示屏CM12864-2是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示8×4个（16×16点阵）汉字。主营产品：微量氮分析仪|益康烟气分析仪|LPDT露点仪|美国深特露点仪|美国AII微量氧分析仪|便携式露点仪|Presens顶空分析仪|药品残氧仪|XPDM便携式露点仪|氧分析仪GPR-1200|氧分析仪价格|益康烟气分析仪|进口烟气分析仪|便携式微量氧分析仪|进口露点仪|进口氧分析仪|PTI弯曲挺度仪|Frank-PTI仪器|仪器维修|露点仪校准
本系统所用的湿度传感器DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与**的长期稳定性。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至*为苛刻的应用场合的*佳选择。产品为4针单排引脚封装[3]。
本系统所用的热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度[4]。
K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。
烟气浓度传感器输入的是标准的4-20MA电流信号，通过A/D转换，转变为数字信号。
3 系统软件设计
系统软件流程图如图2所示：
在测量时，LPC2103发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。
进行温度和湿度的测量时，由传感器输入的标准4-20MA电流信号，通过150欧姆的电阻，转变为0.6-3V的电压信号。LPC2103通过A/D转换功能转变成数字信号。
下位机与上位机通信通过RS232串行接口进行基于ARM的烟气分析仪微量氧测试仪露点仪的研制与开发连接。上位机采用VB进行编程。
在VB6.0编程环境下，新建工程并引用MSComm控件，在窗体中添加所需控件，构建一个合理的收发界面。在窗体中还需要添加以下几个基本控件[5]：
1）MSComm控件，主要用于软件对串口的访问。
2）定时器控件，用于使PC机定时向下位机发送命令，使基于ARM的烟气分析仪微量氧测试仪露点仪的研制与开发其定时回传实时数据。
3）非周期命令发送按钮，用于非周期性指令的传送启动。
4）数据保存按钮，用于将采集到数据保存为文本文件，便于数据处理。
5）用于接收数据和发送数据的文本框。主营产品：微量氮分析仪|益康烟气分析仪|LPDT露点仪|美国深特露点仪|美国AII微量氧分析仪|便携式露点仪|Presens顶空分析仪|药品残氧仪|XPDM便携式露点仪|氧分析仪GPR-1200|氧分析仪价格|益康烟气分析仪|进口烟气分析仪|便携式微量氧分析仪|进口露点仪|进口氧分析仪|PTI弯曲挺度仪|Frank-PTI仪器|仪器维修|露点仪校准
利用MSComm控件实现计算机通信的关键是理解并正确设置MSComm控件众多属性和方法。以下是MSComm控件的常用属性和方法：
Commport：设置或返回串口号，类型short。
Settings：以字符串的形式设置或返回串口通信参数。
Portopen：设置或返回串口状态。
InputMode：设置或返回接收数据的类型。
Inputlen：设置或返回一次从接收缓冲区中读取字节数，类型short。
Input：从接收缓冲区中读取数据并清空该缓冲区，该属性设计时无效，运行时只读。
Output：向发送缓冲区发送数据，该属性设计时无效，运行时只读。
Rthreshold：当接收缓冲区中字符数达到该值时，MSComm控件设置Commevent属性为ComEvRe-ceive，并产生OnComm事件。
Sthreshold：当发送缓冲区中字符数小于该值时，MSComm控件设置Commevent属性为ComEvSend，并产生OnComm事件。若Sthreshold属性设置为0，则不产生OnComm事件。主营产品：微量氮分析仪|益康烟气分析仪|LPDT露点仪|美国深特露点仪|美国AII微量氧分析仪|便携式露点仪|Presens顶空分析仪|药品残氧仪|XPDM便携式露点仪|氧分析仪GPR-1200|氧分析仪价格|益康烟气分析仪|进口烟气分析仪|便携式微量氧分析仪|进口露点仪|进口氧分析仪|PTI弯曲挺度仪|Frank-PTI仪器|仪器维修|露点仪校准
CommEvent：串口事件，该属性设计时无效，运行时只读。一旦串口发生通信事件或产生错误，依据产生的事件和错误，MSComm控件为CommEvent属性赋不同的代码，同时产生OnComm事件。用户程序就可在OnComm事件处理程序中针对不同的代码，进行相应的处理。
4 总结

本文设计的基于ARM的烟气分析仪，采用高速嵌入式CPU做为核心模块，具有很高的模块化程度和可扩展性，并极大地提高了系统的稳定性与准确性。该系统已调试通过，运行正常。适用于火力发电厂、各种工业窑炉锅炉、垃圾焚烧厂等场合的更高性能的烟气浓度直接测量等领域，因此具有广阔的应用前景。

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