—— PROUCTS LIST
基于ARM的煙氣分析儀的研制與開發(fā)
為了滿足我國日益嚴格的煙氣排放監(jiān)測要求,基于自身在電力環(huán)保領域的技術積累和豐富經驗,國電科學技術研究院(國電環(huán)境保護研究院)于2009年11月2日對固定污染源煙氣(SO2、NOX、煙塵)排放DOAS法直接測量技術研究及系統(tǒng)研制項目予以正式立項,目的在于研制出可廣泛應用于火力發(fā)電廠、各種工業(yè)窯爐鍋爐、垃圾焚燒廠等場合的更高性能的煙氣濃度直接測量儀器。煙氣分析儀就是在這樣的背景下產生的,它的基本構成就是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機在工業(yè)控制系統(tǒng)中為普遍的應用系統(tǒng)。在生產工程中,應用這一系統(tǒng)可對生產現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄,為提高產品質量、降低成本提供信息和手段。在科學研究中,應用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得的動態(tài)信息,是研究瞬間物理工程的有力工具,也是獲取科學奧秘的重要手段之一。總之,不論在哪個應用領域中,數(shù)據(jù)采集與處理越及時,工作效率就越高,取得的經濟效益就越大。
1 煙氣分析儀原理
本系統(tǒng)分為下位機和上位機兩部分。
下位機主要完成信號的采集與傳輸功能;上位機主要完成信號的分析處理與存儲功能。
下位機需要采集溫度、濕度、濃度等各種量。傳感器的標準輸入信號為4-20MA的電流信號。通過A/D轉換,轉變?yōu)閿?shù)字信號。經過ARM處理器LPC2103的分析處理,在液晶屏上顯示。通過RS232串行接口與上位機進行通信[1]。
上位機通過RS232接口接收下位機傳來的數(shù)據(jù),通過VB編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與存儲功能。
系統(tǒng)框圖如圖1所示:
2 系統(tǒng)硬件設計
煙氣分析儀的硬件包括處理器模塊、溫度測量模塊、濕度測量模塊、濃度測量模塊、液晶顯示模塊。
本設計采用的處理器為ARM7系列的LPC2103,它是一個支持實時仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器,并帶有8kB,16kB或32kB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和*的加速結構使32位代碼能夠在大時鐘速率下運行。較小的封裝和很低的功耗使LPC2103特別適用于訪問控制和POS機等小型應用中[2]。
本系統(tǒng)所用的液晶顯示屏CM12864-2是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅動器/列驅動器及128×64全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示,也可以顯示8×4個(16×16點陣)漢字。
本系統(tǒng)所用的濕度傳感器DHT11是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術,確保產品具有*的可靠性與的穩(wěn)定性。單線制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。小的體積、極低的功耗,信號傳輸距離可達20米以上,使其成為各類應用甚至為苛刻的應用場合的佳選擇。產品為4針單排引腳封裝[3]。
本系統(tǒng)所用的熱電偶是一種感溫元件,是一種儀表。它直接測量溫度,并把溫度信號轉換成熱電動勢信號,通過電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質的溫度[4]。
K型熱電偶可以直接測量各種生產中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。
煙氣濃度傳感器輸入的是標準的4-20MA電流信號,通過A/D轉換,轉變?yōu)閿?shù)字信號。
3 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示:
在測量時,LPC2103發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。
進行溫度和濕度的測量時,由傳感器輸入的標準4-20MA電流信號,通過150歐姆的電阻,轉變?yōu)?.6-3V的電壓信號。LPC2103通過A/D轉換功能轉變成數(shù)字信號。
下位機與上位機通信通過RS232串行接口進行連接。上位機采用VB進行編程。
在VB6.0編程環(huán)境下,新建工程并引用MSComm控件,在窗體中添加所需控件,構建一個合理的收發(fā)界面。在窗體中還需要添加以下幾個基本控件[5]:
1)MSComm控件,主要用于軟件對串口的訪問。
2)定時器控件,用于使PC機定時向下位機發(fā)送命令,使其定時回傳實時數(shù)據(jù)。
3)非周期命令發(fā)送按鈕,用于非周期性指令的傳送啟動。
4)數(shù)據(jù)保存按鈕,用于將采集到數(shù)據(jù)保存為文本文件,便于數(shù)據(jù)處理。
5)用于接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的文本框。
利用MSComm控件實現(xiàn)計算機通信的關鍵是理解并正確設置MSComm控件眾多屬性和方法。以下是MSComm控件的常用屬性和方法:
Commport:設置或返回串口號,類型short。
Settings:以字符串的形式設置或返回串口通信參數(shù)。
Portopen:設置或返回串口狀態(tài)。
InputMode:設置或返回接收數(shù)據(jù)的類型。
Inputlen:設置或返回一次從接收緩沖區(qū)中讀取字節(jié)數(shù),類型short。
Input:從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并清空該緩沖區(qū),該屬性設計時無效,運行時只讀。
Output:向發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù),該屬性設計時無效,運行時只讀。
Rthreshold:當接收緩沖區(qū)中字符數(shù)達到該值時,MSComm控件設置Commevent屬性為ComEvRe-ceive,并產生OnComm事件。
Sthreshold:當發(fā)送緩沖區(qū)中字符數(shù)小于該值時,MSComm控件設置Commevent屬性為ComEvSend,并產生OnComm事件。若Sthreshold屬性設置為0,則不產生OnComm事件。
CommEvent:串口事件,該屬性設計時無效,運行時只讀。一旦串口發(fā)生通信事件或產生錯誤,依據(jù)產生的事件和錯誤,MSComm控件為CommEvent屬性賦不同的代碼,同時產生OnComm事件。用戶程序就可在OnComm事件處理程序中針對不同的代碼,進行相應的處理。
4 總結
本文設計的基于ARM的煙氣分析儀,采用高速嵌入式CPU做為核心模塊,具有很高的模塊化程度和可擴展性,并極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與性。該系統(tǒng)已調試通過,運行正常。適用于火力發(fā)電廠、各種工業(yè)窯爐鍋爐、垃圾焚燒廠等場合的更高性能的煙氣濃度直接測量等領域,因此具有廣闊的應用前景。