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1功能簡介及總體方案
1.1功能簡介
本儀器具備如下功能：(1)能夠?qū)崟r監(jiān)測煙道內(nèi)溫度、靜壓和二氧化硫的體積濃度、質(zhì)量濃
度；(2)長時間保存測試數(shù)據(jù)，并能夠隨時對測試數(shù)據(jù)進行查詢；(3)大屏幕液晶實時顯示，
界面為全中文顯示，配合標(biāo)準鍵盤操作，人機對話界面友好；(4)便攜式設(shè)計，可以通過RS2
32串口和PC機通信，并有日歷／時鐘及打印功能；(5)如果條件允許，可以在現(xiàn)場利用單片
機和PC機串口通信的功能，將單片機對A／D采樣的數(shù)據(jù)直接由串口發(fā)送給PC機，然后由PC機
對數(shù)據(jù)進行存儲、分析和處理。
1.2總體方案
根據(jù)上述功能以及對測試精度的要求，該儀器由單片機基本單元、數(shù)據(jù)采集單元、液晶顯示
接口、鍵盤接口、時鐘電路、通信接口和打印接口等組成。
在測試界面，由CPU控制A/D芯片采集傳感器送來的電信號，把數(shù)據(jù)送給外擴的大容量存儲器
進行存儲，并在液晶顯示器上顯示測量結(jié)果。結(jié)合查詢界面，隨時對測試結(jié)果進行查詢和打
��；在校準界面，對顯示參數(shù)進行校準；在標(biāo)定界面，由專業(yè)人員對儀器的出廠參數(shù)校準；
在傳送數(shù)據(jù)界面（測試過程中直接和PC機連接），此時單片機只是完成數(shù)據(jù)采集和上傳數(shù)
據(jù)的功能，計算、顯示、存儲等均由PC機完成。
2系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)
系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1所示。
2.1單片機基本單元
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)準的功能以外，還能提供其他多種的專用功能，
因而特別適用于儀器儀表、工業(yè)控制等實時應(yīng)用領(lǐng)域。
P80C552的硬件資源中有5個8位I/O口，一個監(jiān)視定時器，不必外擴I/O口。同時為了存儲測
試數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)斷電后不丟失，擴展了一片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信號經(jīng)過或非門控制74HC
573；使用時先給地址線的ADDR16、ADDR17賦值，然后再由138選通FLASH的片選端，就可以
對FLASH芯片進行操作了，其作用相當(dāng)于把256KB的FLASH芯片分成4個64KB來操作。單片機內(nèi)
部帶看
門狗電路。需要注意的是，F(xiàn)LASH芯片在保存數(shù)據(jù)時一定要采用軟件保護功能，以免由于電
壓波
動等因素造成數(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
、信號調(diào)理電路及機械部分組成。測試原理如圖2所示。
由紫外線燈發(fā)射的紫外線，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的碼盤上的3個小孔，每一個孔上都安裝有不同頻段范
圍的濾光片，讓對應(yīng)波長范圍的光通過，而其他波長的光被濾掉，通過濾光片的光
經(jīng)過煙氣
后，由反射器反射并經(jīng)分光鏡到達接收器，經(jīng)過信號調(diào)理電路后，得到電壓信號。
根據(jù)伯郎比爾定律，若測得光源光強I0以及光束通過煙氣后的光強I，
由I/I0的比值(即光束通過介質(zhì)的透過率)可以計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；
I——出射光強；
K——吸收系數(shù)；
C——介質(zhì)濃度；
L——光通過煙氣的距離。
從上述原理可知：光學(xué)傳感器的輸出波形是每個周期含有3個脈沖的電信號，根據(jù)濾光
片的波長范圍，3個脈沖分別為定位脈沖、測試脈沖和參考脈沖，其中定位脈沖用來確定信
號
的起始位置，測試脈沖和參考脈沖用來計算二氧化硫的體積濃度。
光學(xué)傳感器所有的機械結(jié)構(gòu)都通過法蘭連接在一起，便于安裝、攜帶。測試儀的調(diào)整通過調(diào)
節(jié)發(fā)射器和接收器的法蘭來進行。
壓力和溫度變送器，根據(jù)工作環(huán)境、測量精度、測量范圍、靈敏度來選取成品即可。
2.2.2A/D轉(zhuǎn)換芯片
根據(jù)測量精度要求，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；時鐘頻率內(nèi)外任選。
應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：電源電壓波動對精度的影響較大，因此芯片盡量單獨供電并采取加
濾波電容等措施。
2.3打印機及通信電路
打印機采用UP40面板式漢字微型打印機，采用26線并行接口和單片機連接。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。
為了進一步對測試數(shù)據(jù)進行分析處理，有些場合需要把測試數(shù)據(jù)上傳到PC機中，為此本儀器
增加了數(shù)據(jù)通信功能。
2.4實時時鐘
在測試過程中，測試時間、校準時間等要記錄下來，所以必須有時鐘電路。本儀器采用了DS
12C887時鐘芯片，該芯片由鋰電池和石英晶體以及寫保護電路組成，功能包括非易失性時鐘
、報警、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。在沒有外電
源的情況下，可以工作十年以上。
該芯片使用時要注意，上電后需要延時250ms，方可對其操作。
2.5液晶顯示和鍵盤接口電路
液晶顯示屏選用SHARP公司LM32019T，顯示控制器采用SED1335，它在同類控制器中功能較強 。
采用標(biāo)準4*4鍵盤，按任意鍵產(chǎn)生中斷信號，配合液晶顯示屏實現(xiàn)人機對話。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
軟件設(shè)計包括兩部分：單片機程序和PC機程序。
3.1單片機程序
考慮到程序中要用到浮點運算，單片機的程序用C51編寫，按模塊化設(shè)計，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器、外部中斷等初始化和
調(diào)用各子函數(shù)外，還負責(zé)完成鍵盤中斷服務(wù)程序，配合液晶顯示完成人機對話等功能。
主程序流程圖如圖3所示。
3.2PC機程序設(shè)計
PC機的程序用VB編寫，該程序除接收測試儀器
發(fā)送的數(shù)據(jù)外，還對接收到的數(shù)據(jù)進行顯 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內(nèi)外同類產(chǎn)品特點，所采用的物理測試方法維護費用低，能滿足惡劣條
件下檢測的要求；采用薄膜型輕觸按鍵進行操作，結(jié)合大屏幕LCD液晶顯示器顯示操作菜單
實現(xiàn)人機對話；實時或測試完畢后打印數(shù)據(jù)；可與PC機通訊，傳輸記錄數(shù)據(jù)；對測量數(shù)據(jù)進
行掉電保護。經(jīng)實際應(yīng)用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，符合設(shè)計要求。 
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