1 导言
工业焚烧进程所释放出的烟气是现代城市大气污染源，烟气检测是大气环境检测中必要的项目，它是确认要点污染源并对污染源进行检测和操控的根本手法。为了操控焚烧进程的焚烧空气比，进步焚烧功率，节约能源，削减大气污染，有必要牢靠地丈量烟气中各种气体的含量。本文针对烟气剖析，介绍了一种依据Intel单片机的智能仪器监控渠道。
2 监控渠道的硬件结构规划
硬件装备应针对剖析检测器的不同组合办法可在各模块中挑选，如该渠道用于二组分剖析时，则只接入两路的操作回路和信号回路，其他两路不接，因为硬件模块的独立特性，合作软件的体系参数设置功用，体系完全能够正常作业，未接入的回路对作业回路不发生影响。监控渠道的硬件结构如图1所示。
图1 监控渠道硬件结构图
3 各功用模块硬件具体规划
3.1 单片机的挑选与存储器模块规划
智能仪器的中心是单片微机，其功用对整个嵌入体系功用有重要影响。挑选时既要考虑到工业运用的布景、功用具有必定先进性和高牢靠性，又须满意剖析仪器多种类、小批量的功用渠道要求，易于开发移植和更新换代。为此，确认Intel公司的80C196kc芯片作为剖析仪器信息处理单片，结构便携式仪器监控渠道。
本监控渠道选用的是ATMEL公司出产的32k字节的闪速存储器29C256，作业电压为5v，一旦作业电压低于3.8V时制止编程功用。它既有SRAM的速度和易擦写性，又能像EEPROM那样掉电后坚持数据和在线可写特性，具有读写功用，掉电下可保存数据。硬件规划办法如图2所示。80C196kc的P4口作为地址的高位运用，P3口作为地址的低位和8位数据线分时运用，74LS373用于低位地址锁存。
图2 存储器硬件电路规划
3.2 A/D采样及数据处理模块
80C196kc片内A/D模块共有8路采样通道，精度为10位（其间牢靠精度为8位），本监控渠道已用其间两路：其间一路用于热电偶测温，若检测到热电偶通道电压反常，即报警提示热电偶开路;另一路用于仪器电池电压检测，检测成果经过液晶显现器显现，便于用户随时了解电池电量，避免电压过低对传感器构成危害;其他六路待用。片外选用的是MAXIM公司出产的12位A/D采样芯片——MAX197，担任完结6路不同传感器的信号采样及环境温度、烟气温度的检测。该芯片是28脚的双列直插封装，作业电压为5V，有8个模仿输进口，完结一次转化的时刻为6μS。
因为经剖析仪器传感器转化后的电信号是0～1V，显着不能用内部参阅电压形式进行采样，所以体系选用外部参阅电压办法。可是作者在实际运用中发现，外部参阅电压不能过低。实验标明，当外部参阅低于1V时，在输入的模仿量在90 mV以下时，采样的成果显着不精确，有很严重的非线性，乃至呈现显着死区。所以监控渠道在传感器与A/D采样芯片之间加入了扩大器，将传感器传给A/D采样芯片的信号扩大至0～2V，经过核算可知此刻的外部参阅电压VREF=2/1.2207=1.6384V，事实证明这种办法起到了杰出的效果，A/D采样芯片发挥了杰出的功用，满意了监控渠道的要求。
3.3 LCD液晶显现模块
LCD的Pin4脚为显现区域对比度调理管脚，接入电压能够在-6V～18V之间调理。本监控渠道选用MAXIM公司出产8引脚双列直插封装的MAX749芯片来供给液晶屏的辉度调理的震动电压。该芯片是专为LCD对比度电压调理而规划的，其输出电压具有杰出的可调性，能够经过数字操控、电位调理、PWM操控工三种办法完结。起作业电路如图3。
图3 MAX749作业电路规划
3.4 红外打印及串口通讯模块
依据红外打印协议，打印模块硬件部分首要由红外物理层包括红外收发器及编解码硬件电路完结。其间物理层编解码选用了惠普公司红外3/16的编解码芯片——hp-7001，此芯片运用1.63μs或许3/16脉冲形式收发信号，可对波特率编程。红外收发器选用安捷伦的hsdl-3610，它全兼容IrDA 1.1，最高传输速率可达4Mbps,衔接间隔大于1.5米且耗电较少。考虑到单片机80C196kc的串行接口要用于数据通讯,所以改用HSO、HSI完结红外打印的类串口数据输出输入。因为80C196kc和hp7001的接纳发送脚都是TTL电平，可直接相连，无需MAX232等电平转化芯片。考虑到9600bps是红外通讯协议的根本波特率，故80C196kc以及hp-7001和hsdl-3610都选用9600bps进行通讯。
串口通讯运用了80C196kc的串行数据接口，选用RS-232办法，由MAX232完结串行信号的电平转化。选用8位数据位、一位中止位、无奇偶校验位的传输办法，供给4800、9600、19200三种波特率供用户挑选，以适用于核算机通讯的需求。通讯时只需用在仪器与核算机之间用串口线衔接，运转相应程序，即可完结数据的传输。该通讯只传送已存入flash中的前史采样数据，最多一次可传送40组数据，每组数据均包括一切采样参数、核算参数及数据存储时的体系参数（如日期时刻、燃料类型等）。
3.5 电源发动及转化模块
因为便携式剖析仪器选用蓄电池供电，削减整机电流和待机电流、下降损耗变得极为重要。传感器部分的作业电压为12V，而单片体系选用5V供电，因而，操控渠道选用了直-交-直改换模块完结电源转化。选用XR031电压转化模块，其转化功率达80%。发动电路选用CMOS芯片，组成带施密特整形的flip-flop电路，由仪器键盘上的发动键操控开、关机。关机状态下电池仍对该部分电路供电，其电流极小，约为4～8微安，作业状态下CPU内部A/D采样模块对其进行电压检测，当电压低于设守时，置输出端口为有用电平，该电平经微分电路发生+12V尖脉冲触发flip-flop电路翻转，完结强行关机。本监控体系正常作业时功耗电流为50～60mA（LCD背光封闭，不包括泵电流），整机电流最大为140mA（LCD背光敞开）。电源转化及发动硬件规划如图4。
图4 电源发动及转化电路
3.6 时钟模块
本次规划选用了一块实时钟芯片DS12C887，它是微机中常用的时钟芯片。该芯片是24脚双列直插封装的一个集成组件，组件中包括石英晶体、锂电池、实时时钟、日历时钟、报警时钟、和128个字节的RAM，其间15个字节用作实时钟的操控寄存器，其他113个字节可作一般RAM运用，其间数据也能够十年不丢掉，DS12C887的年月日、时分秒等信息都放在内部寄存器中。
4 监控渠道的软件规划
监控渠道的软件体系选用C程序规划，运用C96编译器，版别为5.3版。虽然该编译器占用程序空间比汇编语言编译器大，但程序开发周期大大削减，调试功率及可读性均显着优于汇编语言，且原程序可愈加方便地移植于其他类型芯片中，便于产品的更新换代。
本监控渠道软件体系为多使命实时操作体系，首要分为人机界面、串口通讯、数据处理、红外打印、操作操控五大功用模块，软件结构框图如图5所示。因为体系选用模块化规划，各模块自成体系，可独立调试，有利于体系集成也便于构成其他剖析仪器的监控程序。本软件体系支撑中英文两种版别的界面供用户操作挑选，其LCD显现页面达60多个，字库汉字超越250个，编译后程序代码约为52Kb。
图5 软件体系规划
整个软件体系运用超循环体系（Super-Loops）结构，运用程序是一个无限循环，循环中调用相应的函数完结规则的操作，程序顺次查看体系的每一个输入条件，一旦条件建立就进行相应的处理，这部分能够当作使命级处理。中止服务程序处理异步事情，这部分当作中止级处理。本体系包括A/D采样、HSO实时中止、HSO事情中止、串行通讯等模块，为保证实时性，中止服务程序只包括标志处理，其隐含功用如采样值的滤波，HSO事情排队均由使命级处理。实时多使命按使命等级分类处理，在各界面处理模块中均包括时刻事情处理模块，以保证守时事情处理。
本文作者立异点：
强壮的CPU和杰出的模块性使本监控渠道的研讨为智能剖析仪器供给了具有ARC功用的规划渠道，经过软硬件模块的挑选可根本完结各种不同需求的组合式剖析仪。体系进步了剖析仪器自身的主动化水平，剖析仪器的主动校准和确诊。
