便攜式二氧化硫檢測儀
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)能夠實時監測煙道內溫度、靜壓和二氧化硫的體積濃度、質量濃
1.1功能簡介
本儀器具備如下功能：(1)能夠實時監測煙道內溫度、靜壓和二氧化硫的體積濃度、質量濃
度；(2)長時間保存測試數據，并能夠隨時對測試數據進行查詢；(3)大屏幕液晶實時顯示，
界面為全中文顯示，配合標準鍵盤操作，人機對話界面友好；(4)便攜式設計，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采樣的數據直接由串口發送給PC機，然后由PC機
對數據進行存儲、分析和處理。
1.2總體方案
根據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、數據采集單元、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，把數據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果。結合查詢界面，隨時對測試結果進行查詢和打
印；在校準界面，對顯示參數進行校準；在標定界面，由專業人員對儀器的出廠參數校準；
在傳送數據界面（測試過程中直接和PC機連接），此時單片機只是完成數據采集和上傳數
據的功能，計算、顯示、存儲等均由PC機完成。
2系統硬件的實現
系統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工藝生產的一種符合工業標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、工業控制等實時應用領域。
P80C552的硬件資源中有5個8位I/O口，一個監視定時器，不必外擴I/O口。同時為了存儲測
試數據，并且數據斷電后不丟失，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，其作用相當于把256KB的FLASH芯片分成4個64KB來操作。單片機內
部帶看
門狗電路。需要注意的是，FLASH芯片在保存數據時一定要采用軟件保護功能，以免由于電
壓波
動等因素造成數據改變。
2.2數據采集單元
數據采集單元包括傳感器和A/D轉換芯片。
2.2.1傳感器
傳感器包括光學傳感器和溫度、壓力變送器。其中光學傳感器由紫外線燈，接收器、反射器
、信號調理電路及機械部分組成。測試原理如圖2所示。
由紫外線燈發射的紫外線，經過旋轉的碼盤上的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
經過煙氣
后，由反射器反射并經分光鏡到達接收器，經過信號調理電路后，得到電壓信號。
根據伯郎比爾定律，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；
C——介質濃度；
L——光通過煙氣的距離。
從上述原理可知：光學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。
光學傳感器所有的機械結構都通過法蘭連接在一起，便于安裝、攜帶。測試儀的調整通過調
節發射器和接收器的法蘭來進行。
壓力和溫度變送器，根據工作環境、測量精度、測量范圍、靈敏度來選取成品即可。
2.2.2A/D轉換芯片
根據測量精度要求，A/D轉換器選用了MAXIM197芯片。它是一種多路輸入(8路)、
單電源供電(+5V)、分辨率為12位的數據采集芯片，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；時鐘頻率內外任選。
應用中發現：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
面中設置功能函數，只要在該界面按功能鍵就能打印出所需要的內容。
為了進一步對測試數據進行分析處理，有些場合需要把測試數據上傳到PC機中，為此本儀器
增加了數據通信功能。
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、方波產生器、113字節非易失性靜態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 。
采用標準4*4鍵盤，按任意鍵產生中斷信號，配合液晶顯示屏實現人機對話。
3系統軟件設計與實現
軟件設計包括兩部分：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，按模塊化設計，包括主程序、中
斷服務程序和用于中斷服務程序的功能函數。主程序除了完成定時器、外部中斷等初始化和
調用各子函數外，還負責完成鍵盤中斷服務程序，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機程序設計
PC機的程序用VB編寫，該程序除接收測試儀器
發送的數據外，還對接收到的數據進行顯 示、分析、處理并繪制出二氧化硫的濃度變化曲線等。
4結論
本儀器廣泛吸取了國內外同類產品特點，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，結合大屏幕LCD液晶顯示器顯示操作菜單
實現人機對話；實時或測試完畢后打印數據；可與PC機通訊，傳輸記錄數據；對測量數據進
行掉電保護。經實際應用，系統運行穩定，符合設計要求。
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