紅外線氣體分析儀在系統(tǒng)硬件上有哪些杰出設(shè)計(jì)？

　　從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的紅外線氣體分析儀來看，大部分在線監(jiān)測(cè)儀需上位機(jī)配合完成數(shù)據(jù)的后期處理和保存，前端僅僅完成信號(hào)探測(cè)和采集的功能，這樣的設(shè)計(jì)在一些安裝受限或長(zhǎng)期無人監(jiān)管的場(chǎng)合就不能適用了，針對(duì)這種狀況，我司開發(fā)一種紅外線氣體分析儀，它能夠獨(dú)立完成監(jiān)測(cè)工作，并可將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在大容量閃存中或通過GPRS遠(yuǎn)程傳輸，該儀器的簡(jiǎn)潔人機(jī)接口使無論測(cè)量還是儀器標(biāo)定都可方便完成，同時(shí)USB接口的添加使儀器有了更大的擴(kuò)展空間，并且儀器擁有多種信號(hào)輸出方式，可以輕松與各種系統(tǒng)連接。

　　　　

　　紅外線氣體分析儀系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

　　在儀器的硬件設(shè)計(jì)中紅外光源，探測(cè)器，DSP系統(tǒng)及外圍電路，信號(hào)放大電路的選擇是關(guān)鍵。本儀器紅外光源選擇了IRL715紅外光源，該光源的波長(zhǎng)范圍為從可見的光波長(zhǎng)到5μm，5V電壓驅(qū)動(dòng)下工作壽命可達(dá)40000h。探測(cè)器選擇了有兩路測(cè)量通路的TPS2534G2。DSP采用了美國(guó)TI公司的TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器，為32位定點(diǎn)DSP，內(nèi)核提供高達(dá)150MIPS的計(jì)算帶寬，大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和數(shù)據(jù)處理能力，其外圍電路主要包括：數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量輸出、人機(jī)接口。存儲(chǔ)系統(tǒng)和USB通訊接口。信號(hào)放大電路使用了兩級(jí)AD8552運(yùn)放電路串聯(lián)，AD855X系列有自動(dòng)偏置調(diào)整的功能，是低頻微弱信號(hào)檢測(cè)放大器系統(tǒng)的首要選擇。因本儀器重在高速DSP系統(tǒng)在紅外線氣體分析儀上的應(yīng)用，所以下面特別對(duì)DSP的外圍電路做個(gè)說明。

　　1、數(shù)據(jù)采集：主要負(fù)責(zé)模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)采集，將各種需要測(cè)量的模擬量通過.A/D轉(zhuǎn)換后送到DSP。其中測(cè)量通道和參考通道的信號(hào)由紅外探測(cè)器產(chǎn)生，由一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度為16bit，根據(jù)要求選擇可直接與TMS320F2812接口的串行16bitA/D轉(zhuǎn)換器；其他參與氣體濃度補(bǔ)償計(jì)算的信號(hào)，包括濕度、溫度和大氣壓力信號(hào)由TMS320F2812自帶的A/D分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度為12bit。以上信號(hào)轉(zhuǎn)換后送到DSP處理器緩存。經(jīng)系列復(fù)雜計(jì)算處理最終得到被測(cè)氣體的濃度值。這里給出用于測(cè)量通道和參考通道信號(hào)采集的電路設(shè)計(jì)，如圖2所示。

　　2、開關(guān)置輸出：開關(guān)量輸出主要包括探測(cè)器溫度控制信號(hào)、光學(xué)鏡頭窗溫控信號(hào)、要素報(bào)警觸發(fā)信號(hào)(濃度，溫度，濕度)3路和1路時(shí)間觸發(fā)信號(hào)。利用DSP處理器的通用I/O口可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸出，74HC244實(shí)現(xiàn)各控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)輸出。圖3為數(shù)字量輸出電路圖。需要注意的是：TMS320F2812處理器的電源電壓為3.3V，而74HC244的電源電壓為5V，兩個(gè)器件存在接口電路的電平轉(zhuǎn)換問題，不能直接連接，采用LVCl*5作為電平轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)TMS320F2812和74HC244之間的電平匹配。

　　3、人機(jī)接口：采用LCMl68651液晶模塊作為顯示，采用中斷方式的矩陣鍵盤，人機(jī)接口的任務(wù)主要是接收鍵盤指令，完成儀器的設(shè)置，標(biāo)定，測(cè)量等操作，提供實(shí)時(shí)的濃度變化曲線圖繪制，并提供對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢和顯示功能。

　　4、USB接口電路：USB接口用于下位機(jī)與上位機(jī)通訊。USB的數(shù)據(jù)傳輸率很高，所以不僅可以用來傳送命令，而且可以實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，包括原始測(cè)量值，當(dāng)前濃度值，或歷史記錄值，圖4給出USB的接口電路原理圖。

　　5、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：紅外線氣體分析儀需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括：氣體測(cè)量記錄號(hào)，日期、時(shí)間、濃度值，溫度，濕度，大氣壓力等，記錄數(shù)據(jù)量的大小取決于保存條目大小，保存種類，保存頻度及保存時(shí)長(zhǎng)，考慮到在線測(cè)量和無人管理測(cè)量的要求，采用大容量閃存K9F1G08UOA作為儀器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，總數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大于128MB。