便携式二氧化硫检测仪
1功能简介及总体方案
1.1功能简介
本仪器具备如下功能：(1)能够实时监测烟道内温度、静压和二氧化硫的体积浓度、质量浓
1.1功能简介
本仪器具备如下功能：(1)能够实时监测烟道内温度、静压和二氧化硫的体积浓度、质量浓
度；(2)长时间保存测试数据，并能够随时对测试数据进行查询；(3)大屏幕液晶实时显示，
界面为全中文显示，配合标准键盘操作，人机对话界面友好；(4)便携式设计，可以通过RS2
32串口和PC机通信，并有日历／时钟及打印功能；(5)如果条件允许，可以在现场利用单片
机和PC机串口通信的功能，将单片机对A／D采样的数据直接由串口发送给PC机，然后由PC机
对数据进行存储、分析和处理。
1.2总体方案
根据上述功能以及对测试精度的要求，该仪器由单片机基本单元、数据采集单元、液晶显示
接口、键盘接口、时钟电路、通信接口和打印接口等组成。
在测试界面，由CPU控制A/D芯片采集传感器送来的电信号，把数据送给外扩的大容量存储器
进行存储，并在液晶显示器上显示测量结果。结合查询界面，随时对测试结果进行查询和打
印；在校准界面，对显示参数进行校准；在标定界面，由专业人员对仪器的出厂参数校准；
在传送数据界面（测试过程中直接和PC机连接），此时单片机只是完成数据采集和上传数
据的功能，计算、显示、存储等均由PC机完成。
2系统硬件的实现
系统的硬件原理框图如图1所示。
2.1单片机基本单元
P80C552是PHILIPS公司采用CMOS工艺生产的一种符合工业标准的高性能微控制器，是80C51
系列微控制器的改型，除了能提供80C51标准的功能以外，还能提供其他多种的专用功能，
因而特别适用于仪器仪表、工业控制等实时应用领域。
P80C552的硬件资源中有5个8位I/O口，一个监视定时器，不必外扩I/O口。同时为了存储测
试数据，并且数据断电后不丢失，扩展了一片W29C020C FLASH芯片，因其容量为256KB，需
要18根地址线而80C552只有16根地址线，于是利用P1.1和WR信号经过或非门控制74HC
573；使用时先给地址线的ADDR16、ADDR17赋值，然后再由138选通FLASH的片选端，就可以
对FLASH芯片进行操作了，其作用相当于把256KB的FLASH芯片分成4个64KB来操作。单片机内
部带看
门狗电路。需要注意的是，FLASH芯片在保存数据时一定要采用软件保护功能，以免由于电
压波
动等因素造成数据改变。
2.2数据采集单元
数据采集单元包括传感器和A/D转换芯片。
2.2.1传感器
传感器包括光学传感器和温度、压力变送器。其中光学传感器由紫外线灯，接收器、反射器
、信号调理电路及机械部分组成。测试原理如图2所示。
由紫外线灯发射的紫外线，经过旋转的码盘上的3个小孔，每一个孔上都安装有不同频段范
围的滤光片，让对应波长范围的光通过，而其他波长的光被滤掉，通过滤光片的光
经过烟气
后，由反射器反射并经分光镜到达接收器，经过信号调理电路后，得到电压信号。
根据伯郎比尔定律，若测得光源光强I0以及光束通过烟气后的光强I，
由I/I0的比值(即光束通过介质的透过率)可以计算出烟道中烟气的体积浓度。
不透光度A=I/I0=e-KCL
其中：I0——入射光强；
I——出射光强；
K——吸收系数；
C——介质浓度；
L——光通过烟气的距离。
从上述原理可知：光学传感器的输出波形是每个周期含有3个脉冲的电信号，根据滤光
片的波长范围，3个脉冲分别为定位脉冲、测试脉冲和参考脉冲，其中定位脉冲用来确定信
号
的起始位置，测试脉冲和参考脉冲用来计算二氧化硫的体积浓度。
光学传感器所有的机械结构都通过法兰连接在一起，便于安装、携带。测试仪的调整通过调
节发射器和接收器的法兰来进行。
压力和温度变送器，根据工作环境、测量精度、测量范围、灵敏度来选取成品即可。
2.2.2A/D转换芯片
根据测量精度要求，A/D转换器选用了MAXIM197芯片。它是一种多路输入(8路)、
单电源供电(+5V)、分辨率为12位的数据采集芯片，主要性能有软件选择输入范围(±10V，
±5V，0V～10V，0V～5V)；采样速率为100×103次／s；时钟频率内外任选。
应用中发现：电源电压波动对精度的影响较大，因此芯片尽量单独供电并采取加
滤波电容等措施。
2.3打印机及通信电路
打印机采用UP40面板式汉字微型打印机，采用26线并行接口和单片机连接。在需要打印的界
面中设置功能函数，只要在该界面按功能键就能打印出所需要的内容。
为了进一步对测试数据进行分析处理，有些场合需要把测试数据上传到PC机中，为此本仪器
增加了数据通信功能。
2.4实时时钟
在测试过程中，测试时间、校准时间等要记录下来，所以必须有时钟电路。本仪器采用了DS
12C887时钟芯片，该芯片由锂电池和石英晶体以及写保护电路组成，功能包括非易失性时钟
、报警、100年的日历，可编程中断、方波产生器、113字节非易失性静态RAM。在没有外电
源的情况下，可以工作十年以上。
该芯片使用时要注意，上电后需要延时250ms，方可对其操作。
2.5液晶显示和键盘接口电路
液晶显示屏选用SHARP公司LM32019T，显示控制器采用SED1335，它在同类控制器中功能较强 。
采用标准4*4键盘，按任意键产生中断信号，配合液晶显示屏实现人机对话。
3系统软件设计与实现
软件设计包括两部分：单片机程序和PC机程序。
3.1单片机程序
考虑到程序中要用到浮点运算，单片机的程序用C51编写，按模块化设计，包括主程序、中
断服务程序和用于中断服务程序的功能函数。主程序除了完成定时器、外部中断等初始化和
调用各子函数外，还负责完成键盘中断服务程序，配合液晶显示完成人机对话等功能。
主程序流程图如图3所示。
3.2PC机程序设计
PC机的程序用VB编写，该程序除接收测试仪器
发送的数据外，还对接收到的数据进行显 示、分析、处理并绘制出二氧化硫的浓度变化曲线等。
4结论
本仪器广泛吸取了国内外同类产品特点，所采用的物理测试方法维护费用低，能满足恶劣条
件下检测的要求；采用薄膜型轻触按键进行操作，结合大屏幕LCD液晶显示器显示操作菜单
实现人机对话；实时或测试完毕后打印数据；可与PC机通讯，传输记录数据；对测量数据进
行掉电保护。经实际应用，系统运行稳定，符合设计要求。
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