專利名稱：一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成分檢測領(lǐng)域，為不分光紅外氣體分析儀，特別是一種以DSP為核心的不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外氣體分析儀是一種根據(jù)待測氣體對紅外光譜選擇性吸收原理設(shè)計而成，用于測量氣體體積濃度的儀器。它能夠連續(xù)自動地測量、指示、記錄工作流程中co、co2、ch4、so2、NO等多種待測氣體的體積濃度。由于紅外氣體分析儀靈敏度高、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點，因 此被廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、建材、輕工及其它各種爐、窯或煙道的氣體分析，是環(huán)境監(jiān)測、生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生等科研工作不可或缺的檢測工具。紅外光線是一種電磁波，紅外輻射主要是熱輻射。如果將紅外光線射入一定厚度的待測氣體層，紅外光線的能量就會被待測氣體吸收。根據(jù)朗伯-比爾(Lambert-Beer)吸收定律，待測組分按照指數(shù)規(guī)律對紅外輻射能量進(jìn)行吸收，如式(I)所示。據(jù)此，可以確定待測氣體濃度與紅外光線輻射強(qiáng)度的數(shù)學(xué)關(guān)系。采用檢測器檢測被氣體吸收之后的紅外光線輻射強(qiáng)度，即可計算出待測氣體的體積濃度。I = I0e_ko1(I)式中，Itl為紅外光線被氣體吸收前的光強(qiáng)度；1為紅外光線被氣體吸收后的光強(qiáng)度；k為待測組分對紅外光線的吸收系數(shù)；c為待測組分的摩爾百分比濃度；1為紅外光線經(jīng)過的待測氣體層長度。近代物理學(xué)研究證明，待測氣體對紅外光線吸收現(xiàn)象的實質(zhì)在于光輻射的能量轉(zhuǎn)移到氣體的分子或原子中去。量子理論指出，原子、分子或離子具有不連續(xù)的、數(shù)目有限的量子化能級。如果從外界吸收到能量，它們便會受到激發(fā)，從較低能級躍遷到較高能級，躍遷前后的能量之差為
heE7-E1 = hv = —{Ζ)
~ λ式中，E2為較高能級的能量屯為較低能級的能量；ν為輻射光的頻率；c為光速；h為普朗克常數(shù)。如果某一波長的電磁輻射的能量恰好為某兩個能級的能量之差E2-E1時，便會被某種粒子吸收并產(chǎn)生相應(yīng)的能級躍遷，該電磁輻射的波長和頻率分別稱為該粒子的特征吸收波長和特征吸收頻率。對于紅外氣體分析儀來講，每種被測氣體都有一種或幾種特征波長的紅外光譜。紅外氣體分析儀一般由光路部分和電路部分構(gòu)成。光路部分主要由紅外輻射光源、氣室和檢測器三大部件組成，而電路部分要根據(jù)光路部分的需求來進(jìn)行設(shè)計。所以，紅外氣體分析儀一般都是根據(jù)其光路部分部件的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分類的。根據(jù)光源類型可以將紅外氣體分析儀分為分光型(色散型)和不分光型(非色散型)兩類。分光型紅外氣體分析儀，采用分光裝置將入射紅外光線的光譜進(jìn)行分離，使入射光譜為待測氣體的特征吸收光譜。分光型紅外分析儀具有選擇性好、靈敏度高等優(yōu)點。其缺點是入射紅外光線經(jīng)過分光后能量很小，對電氣系統(tǒng)和光能檢測器要求較高；分光裝置比較精密，應(yīng)避免震動。因此傳統(tǒng)的分光型紅外氣體分析儀大都用于實驗室。不分光型紅外氣體分析儀(簡稱為不分光紅外氣體分析儀)，沒有分光裝置，連續(xù)光譜的紅外光源直接射入氣室，待測組分吸收各自特征光譜的紅外輻射能量。由于入射光束輻射能量大，不分光型紅外氣體分析儀靈敏度相對于分光型的更高，而且信噪比高，穩(wěn)定性好。缺點是吸收峰存在重疊現(xiàn)象，如果待測組分間有重疊的吸收峰，將會給測量帶來干擾。目前，紅外氣體分析儀常用的光能檢測器主要有薄膜電容檢測器、微流量檢測器和半導(dǎo)體檢測器等。薄膜電容檢測器，又叫薄膜微音檢測器，核心部件由鈦金屬薄膜片動極和定極組成，定極固定不動，動極則根據(jù)氣壓變化而移動。由于待測氣體的吸收作用，從氣室射出的紅外光線輻射能量就會出現(xiàn)差異。紅外輻射能量是熱能，檢測器很容易將這個能量差轉(zhuǎn)換為氣壓差，氣壓差就會推動薄膜電容的動極移動，這樣就可以將待測氣體濃度的變化轉(zhuǎn)化為電容容量的變化。電路部分將薄膜電容容量的變化轉(zhuǎn)換成電壓幅值的變化，反映出待測氣體的濃度。 微流量檢測器工作原理與薄膜電容檢測器類似，待測氣體對紅外光線的吸收作用會產(chǎn)生氣壓差，檢測器將這個氣壓差轉(zhuǎn)換為微量的氣體流動。在微流量檢測器中，傳感元件是兩個微型具有熱敏特性的鎳鎘柵電阻和另外兩個輔助電阻組成的惠斯通電橋。這兩個鎳鎘柵電阻通電被加熱到一定溫度，當(dāng)微流量流過它們時會帶走熱量，導(dǎo)致鎳鎘柵電阻的阻值發(fā)生變化，通過電橋轉(zhuǎn)變成電壓信號。紅外氣體分析儀的電路部分，根據(jù)微流量傳感器輸出的電壓信號，可以反映出待測氣體的濃度。半導(dǎo)體檢測器采用能夠直接將紅外光線輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體傳感器制作而成。例如，光電檢測器能夠利用光電效應(yīng)將紅外光線輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號，熱釋檢測器通過熱釋電效應(yīng)將紅外光線輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而來計算待測氣體的濃度。本申請發(fā)明專利針對薄膜微音不分光紅外氣體分析儀。該儀器由不分光紅外光源、薄膜微音型檢測器(薄膜電容檢測器)、測量池(包括分析氣室和參比氣室)以及接收器(包括參比接收室和測量接收室)等組成。由光源發(fā)出兩束能量相等，經(jīng)過切光片按照一定頻率調(diào)制的平行光束，分別通過測量池的參比氣室和分析氣室。由于參比氣室內(nèi)封入的是不吸收紅外線能量的氮氣，紅外線通過此氣室后紅外線能量不變，而分析氣室通入被測氣體，其對紅外線有吸收作用，從而使原來能量相等的兩束紅外線產(chǎn)生了能量差；然后，再分別進(jìn)入接收器的參比接收室和測量接收室。參比接收室和測量接收室都由前室和后室組成，前室和后室通過半透半反的光學(xué)鏡片隔開，都充有吸收氣體，吸收氣體的吸收曲線近似于被測氣體的消光曲線。由于進(jìn)入接收器的兩束紅外線存在能量差，因此導(dǎo)致接收器的參比接收室和測量接收室中吸收氣體的能量產(chǎn)生了差異，進(jìn)而產(chǎn)生氣壓不同，從而推動薄膜電容的動極移動，導(dǎo)致薄膜電容的容量發(fā)生變化，這樣薄膜電容器就將紅外線的能量變化轉(zhuǎn)換成了電容量的變化，再通過電荷放大器轉(zhuǎn)換成電壓的變化，送至紅外信號調(diào)理電路，經(jīng)放大濾波等各種處理，儀器就能輸出一個與被測氣體濃度變化相對應(yīng)的信號，供顯示或控制。如果分析氣室中沒有通待測氣體(零點氣)時，紅外線經(jīng)過分析氣室后，能量不會衰減，兩束紅外線能量相同，薄膜電容的容量不會發(fā)生改變。而當(dāng)分析氣室中通有待測氣體時，紅外線的能量就會衰減，兩束紅外線存在能量差，導(dǎo)致接收器的參比接收室和測量接收室中吸收氣體的能量產(chǎn)生了差異，進(jìn)而產(chǎn)生氣壓不同，從而推動薄膜電容的動極移動，最終導(dǎo)致薄膜電容的容量發(fā)生變化。如果分析氣室中連續(xù)通過一定濃度的待測氣體，紅外光線經(jīng)過分析氣室時輻射能量就會被連續(xù)地吸收。這樣，由接收器的參比接收室和測量接收室中吸收氣體的能量的不同而產(chǎn)生的薄膜電容的容量變化就與分析氣室中待測氣體的濃度有關(guān)。目前，國內(nèi)用于在線分析的紅外氣體分析儀，光路部分大都采用成熟的傳統(tǒng)技術(shù)，光源選用不分光單光源，光路為雙光路結(jié)構(gòu)，檢測器用薄膜電容型檢測器，而電路部分采用純模擬的相敏檢波電路，將檢測器輸出的交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號進(jìn)行采集處理，得到信號的幅值，再通過模擬電路實現(xiàn)系統(tǒng)的線性化，建立幅值與濃度的關(guān)系。采用這種方法的電路在結(jié)構(gòu)上往往比較復(fù)雜，而且測量精度不高，容易受噪聲的干擾。國外將數(shù)字信號處理的方法應(yīng)用到紅外氣體分析儀中，測量精度比較高，可以實現(xiàn)復(fù)雜的實時控制與通信功能。例如，ABB公司推出的改進(jìn)型產(chǎn)品EL3020型紅外氣體分析儀，聲稱將數(shù)字信號處理的方法應(yīng)用到紅外氣體分析儀中，但是，沒有披露技術(shù)細(xì)節(jié)?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
傳統(tǒng)的紅外氣體分析儀一般采用相敏檢波方案，使用純模擬電路處理傳感器輸出信號，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量精度不高，對器件特性的依賴性較高。在溫度控制方面，傳統(tǒng)的紅外氣體分析儀采用可控硅進(jìn)行溫度控制，溫度控制時間長，精度也不高。為克服這些缺點，本發(fā)明專利采用DSP研制數(shù)字式紅外分析儀信號處理和控制系統(tǒng)，其硬件包括TMS320F28335 DSP芯片、紅外信號調(diào)理電路、電壓參考緩沖電路、24位ADC、溫度采集電路、氣壓采集電路、16位ADC、外擴(kuò)SRAM電路、鐵電存儲器(FRAM)電路、實時時鐘(RTC)電路、帶看門狗和電源監(jiān)控的復(fù)位電路、熱電阻驅(qū)動電路、按鍵電路、數(shù)字量輸出電路、RS-232/485接口電路、液晶顯示電路、4 20mA/0 20mA輸出電路；軟件包括主監(jiān)控模塊、初始化模塊、中斷模塊、看門狗模塊、人機(jī)接口模塊、FRAM模塊、RTC模塊、紅外信號處理模塊、輸出模塊；其中，初始化模塊包括系統(tǒng)初始化模塊、外設(shè)初始化模塊和變量初始化模塊，中斷模塊包括紅外信號采集模塊、溫度信號采集及控制模塊、壓力信號采集及處理模塊和通信模塊。本發(fā)明專利采用基于FFT的頻譜分析方法求解信號的幅值，并進(jìn)行重心校正，準(zhǔn)確測量信號的幅值，保證信號處理的精度；建立滿足工程應(yīng)用需要的數(shù)學(xué)模型，對輸入和輸出關(guān)系進(jìn)行非線性校正，確保非線性誤差<±1%FS ;采用基于PWM的積分分離的PI控制算法進(jìn)行溫度控制，接收器的溫度能在數(shù)分鐘內(nèi)穩(wěn)定，其誤差< ±0. 1°C。本發(fā)明專利可以大大簡化模擬電路的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性；溫度控制穩(wěn)定快，控制精度高。


圖I是信號處理與控制系統(tǒng)硬件框圖。圖2是基于FFT幅值譜的信號處理過程。圖3是積分分離的PI控制算法控制效果示意圖。圖4是臨界振蕩的響應(yīng)曲線。
圖5是DSP引腳連接電路。圖6是帶看門狗和電源監(jiān)控的復(fù)位電路。圖7是外擴(kuò)SRAM電路。圖8是鐵電存儲器(FRAM)電路。圖9是按鍵電路。圖10是液晶顯示電路。圖11是實時時鐘(RTC)電路。

圖12是紅外信號調(diào)理電路。圖13是24位ADC轉(zhuǎn)換電路。圖14是電壓參考緩沖電路。圖15是溫度采集電路。圖16是熱敏電阻的非線性校正。圖17是熱電阻驅(qū)動電路。圖18是氣壓采集電路。圖19是16位ADC轉(zhuǎn)換電路。圖20是數(shù)字量輸出電路。圖21是系統(tǒng)電源方案。圖22是系統(tǒng)軟件框圖。圖23是主監(jiān)控程序的流程圖。圖24是溫度控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。I)系統(tǒng)硬件方案根據(jù)不分光紅外氣體分析儀的特點以及數(shù)字信號處理和控制算法的需要，確定如圖I所示的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)的硬件方案。整個系統(tǒng)硬件電路包括TMS320F28335DSP芯片、紅外信號調(diào)理電路、電壓參考緩沖電路、24位ADC、溫度采集電路、氣壓采集電路、16位ADC、外擴(kuò)SRAM電路、鐵電存儲器(FRAM)電路、實時時鐘(RTC)電路、帶看門狗和電源監(jiān)控的復(fù)位電路、熱電阻驅(qū)動電路、按鍵電路、數(shù)字量輸出電路、RS-232/485接口電路、液晶顯示電路、4 20mA/0 20mA輸出電路。紅外信號調(diào)理電路接收電荷放大器的輸出信號，經(jīng)過放大、濾波，然后，經(jīng)過24位ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入DSP芯片進(jìn)行處理，計算結(jié)果可以通過液晶顯示電路、4 20mA/0 20mA輸出電路、RS232/485接口電路輸出。2)系統(tǒng)處理方法要得到待測氣體的濃度，首先需要測量信號的幅值。測量信號幅值的方法有很多，本發(fā)明專利采用的是基于FFT的幅值譜的方法，其具體過程如圖2所示。首先，信號經(jīng)過矩形窗，被矩形窗截斷，然后，對截斷的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計算，并得到幅值譜，再進(jìn)行頻率校正和幅值校正，最后得到信號的幅值。其中FFT的算法有很多，本發(fā)明專利采用的是時間抽取(decimation-in-time, DIT)基-2FFT算法,此算法的具體過程如下
權(quán)利要求
1.一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，包括DSP芯片、紅外信號調(diào)理電路、電壓參考緩沖電路、24位ADC轉(zhuǎn)換電路、溫度采集電路、氣壓采集電路、16位ADC轉(zhuǎn)換電路、外擴(kuò)SRAM電路、鐵電存儲器電路、實時時鐘電路、帶看門狗和電源監(jiān)控的復(fù)位電路、熱電阻驅(qū)動電路、按鍵電路、數(shù)字量輸出電路、RS-232/485接口電路、液晶顯示電路、4 20mA/0 20mA輸出電路和軟件，其特征在于紅外信號調(diào)理電路對紅外信號放大和濾波，然后，經(jīng)過24位ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入DSP芯片進(jìn)行處理，計算結(jié)果可以通過液晶顯示電路、4 20mA/0 20mA輸出電路、RS-232/485接口電路輸出；采用基于FFT的幅值譜的方法，對數(shù)字信號進(jìn)行處理，具體過程為，信號經(jīng)過矩形窗，被矩形窗截斷；然后，對截斷的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計算，并得到幅值譜；再進(jìn)行頻率校正和幅值校正，得到信號的幅值。
2.如權(quán)利要求I所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，其特征在于在紅外信號調(diào)理電路中，C12、R13構(gòu)成無源高通濾波器，用于濾除前端電荷放大器輸出信號中的直流分量；U4A是電壓跟隨器，U4B構(gòu)成差分放大電路；R15和C13構(gòu)成一個低通濾波器，當(dāng)負(fù)載變化，信號波動時，作為前級運(yùn)放的隔離；正反并聯(lián)的肖特基二極管對輸 入24位ADC轉(zhuǎn)換電路的模擬電位進(jìn)行鉗制，保證24位ADC轉(zhuǎn)換電路正常的輸入電壓范圍；由于紅外信號調(diào)理電路接收到的紅外信號與氣體濃度不是線性關(guān)系，當(dāng)對紅外信號進(jìn)行調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，需要建立紅外信號幅值與氣體濃度之間的關(guān)系，并根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)行線性化處理；采用最小二乘法擬合的方法，建立紅外信號幅值與氣體濃度之間的關(guān)系；為了降低成本和減小測試工作量，只采集零點、中點和終點的數(shù)據(jù)，采用冪級數(shù)展開，再對冪級數(shù)進(jìn)行修正，去掉數(shù)值很小的系數(shù)項，得出紅外信號幅值與氣體濃度之間的關(guān)系；并且根據(jù)不同測量范圍的傳感器建立不同的數(shù)學(xué)模型。
3.如權(quán)利要求I所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，其特征在于=DSP芯片采用TMS320F28335，實現(xiàn)系統(tǒng)中各電路模塊的控制和信號處理工作；該芯片最高主頻可達(dá)150MHz，帶浮點運(yùn)算核，32X32硬件乘法器，6個DMA控制器，片內(nèi)512KB Flash和68KB SRAM,適合于實時實現(xiàn)運(yùn)算量大、對精度要求高的數(shù)字信號處理算法，并擁有豐富的片上外設(shè)資源，包括eCAN、SCI、SPI,McBSP, ePWM、HRPWM、I2C, ADC模塊；DSP采用積分分離的PI控制算法，控制溫度在53+0.1 V內(nèi)；若環(huán)境溫度較高，就將溫度控制在56±0_1 °C內(nèi)；在A點之前采用P控制，在A點之后采用PI控制，即在第一個超調(diào)中，溫度下降到53°c時加入積分項。
4.如權(quán)利要求I所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，其特征在于由溫度采集電路與熱電阻驅(qū)動電路組成溫度控制電路；在溫度采集電路中，傳感器選用NTC熱敏電阻，采用比例法測量熱敏電阻的阻值；由于熱敏電阻非線性比較嚴(yán)重，通過并聯(lián)電阻進(jìn)行校正；傳感器加熱元件選用熱電阻，將220V交流電進(jìn)行整流、濾波之后得到3IOV直流電壓，由DSP芯片的ePWM模塊控制場效應(yīng)管對3IOV直流供電進(jìn)行斬波，得到一個可控的直流電壓加載到熱電阻上，以實現(xiàn)溫度控制。
5.如權(quán)利要求I所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，其特征在于軟件采用模塊化的設(shè)計方法，將系統(tǒng)各個功能組合成獨立模塊，由主監(jiān)控程序統(tǒng)一調(diào)用；包括主監(jiān)控模塊、初始化模塊、中斷模塊、看門狗模塊、人機(jī)接口模塊、FRAM模塊、RTC模塊、紅外信號處理模塊、輸出模塊，其中，初始化模塊包括系統(tǒng)初始化模塊、外設(shè)初始化模塊和變量初始化模塊，中斷模塊包括紅外信號采集模塊、溫度信號采集及控制模塊、壓力信號采集及處理模塊和通信模塊；首先程序進(jìn)行初始化，即系統(tǒng)初始化、外設(shè)初始化和變量初始化；之后就進(jìn)入一個死循環(huán)，先判斷沒有進(jìn)行計算的數(shù)據(jù)的長度是否大于等于循環(huán)數(shù)據(jù)的長度；當(dāng)沒有進(jìn)行計算的數(shù)據(jù)的長度大于等于循環(huán)數(shù)據(jù)的長度時，重新對變量進(jìn)行初始化；在第一次進(jìn)行計算時，需要采集1200點及其以上的數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到1200點及其以上的數(shù)據(jù)后，開始計算標(biāo)志位start_calcl置I,之后開始計算標(biāo)志位start_calcl —直為I,并進(jìn)入后續(xù)的過程；為了確保有足夠的新數(shù)據(jù)參與計算，還需要設(shè)置一個判斷標(biāo)志位start_calc2 ;當(dāng)這個判斷標(biāo)志位start_calc2=l時,表示采集到200點新數(shù)據(jù),貝U進(jìn)入算法程序。
6.如權(quán)利要求5所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)的軟件，其特征在于所述的算法程序包含calculate函數(shù)和mean函數(shù)；calculate函數(shù)的功能是進(jìn)行5次包含校正處理的FFT計算，得到5個幅值，并把5個幅值存儲在數(shù)組AmplitudeArrayl中；函數(shù)mean的功能是首先在calculate函數(shù)計算得到的5個幅值中去掉一個最大值和一個最小值，再平均得到一個幅值，并存儲在數(shù)組AmplitudeArray2中；數(shù)組AmpIitudeArray2的大小為10,當(dāng)在數(shù)組AmpIitudeArray2沒有存滿時，貝U把數(shù)組AmpIitudeArray2中所存的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,得到信號的幅值；當(dāng)數(shù)組AmpIitudeArray2 存滿時，則把數(shù)組AmplitudeArray2中所存的數(shù)據(jù)去掉一個最大值和一個最小值，再進(jìn)行 平均，得到信號的幅值；最后，利用信號的幅值計算出濃度，并通過液晶顯示出來。
7.如權(quán)利要求I所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，其特征在于16位ADC轉(zhuǎn)換電路采用AD7792，用來采集紅外氣體分析儀的溫度信息，采用連續(xù)轉(zhuǎn)化模式，采樣頻率為4. 17Hz，每轉(zhuǎn)化完一個數(shù)據(jù)，AD7792的端口 DOUT/55 都會置低，并通過與其直接相連的DSP端口 GPI055觸發(fā)一個外部中斷XINT4 ;考慮到端口 DOUT/ KDY是數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化完成信號的復(fù)用，為了防止在數(shù)據(jù)傳輸過程中傳輸數(shù)據(jù)O而觸發(fā)中斷，因此，在進(jìn)入中斷后必須關(guān)外部中斷XINT4，出中斷時開外部中斷XINT4 ;AD7792轉(zhuǎn)化完數(shù)據(jù)后，端口 DOUT/ 55 置低，觸發(fā)外部中斷XINT4 ;進(jìn)入中斷后，首先關(guān)外部中斷XINT4，再利用AD7792所采集到的數(shù)據(jù)計算得到當(dāng)時系統(tǒng)的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng),其特征在于所述計算得到當(dāng)前系統(tǒng)的溫度后，則進(jìn)行計算delta_T2 ；delta_T2為系統(tǒng)所需要控制達(dá)到的溫度減去當(dāng)前系統(tǒng)的溫度；計算delta_T2不僅可以為溫度控制提供反饋量，而且可以為積分分離的PI控制算法提供依據(jù)；在加入積分項之前，即在采用PI控制之前，delta_T2經(jīng)過了兩次變化，即從大于O到小于O和從小于O再到大于O ;因此，在程序?qū)崿F(xiàn)中，定義兩個全局變量flagl和flag2，它們的初始值都為O ;當(dāng)delta_T2第一次發(fā)生變化時，即從大于O到小于O時，flagl置I ;當(dāng)delta_T2第二次發(fā)生變化時，即從小于O到大于O 時，flag2 置 I。
9.只有當(dāng)flagl和flag2都為I時，系統(tǒng)采用PI進(jìn)行溫度控制；否則，系統(tǒng)采用P進(jìn)行溫度控制；在采用積分分離的PI控制算法之后，會得到一個所需要的PWM波占空比；再在DSP的ePWM模塊中設(shè)置所需要的占空比；最后，開外部中斷XINT4，使系統(tǒng)可以響應(yīng)下一次外部中斷XINT4。
全文摘要
本發(fā)明涉及成分檢測領(lǐng)域，為一種以DSP為核心的不分光紅外氣體分析儀的數(shù)字信號處理和控制系統(tǒng)，包括DSP芯片、紅外信號調(diào)理電路、24位ADC轉(zhuǎn)換電路、溫度采集電路及氣壓采集電路、16位ADC轉(zhuǎn)換電路、外擴(kuò)SRAM電路、鐵電存儲器電路、實時時鐘電路、帶看門狗和電源監(jiān)控的復(fù)位電路、熱電阻驅(qū)動電路、按鍵電路、數(shù)字量輸出電路、RS-232/485接口、液晶顯示電路、4～20mA/0～20mA輸出電路以及軟件。采用基于FFT的頻譜分析方法求解信號的幅值，并進(jìn)行重心校正，準(zhǔn)確測量信號的幅值，保證信號處理的精度；建立滿足工程應(yīng)用需要的數(shù)學(xué)模型，對輸入和輸出關(guān)系進(jìn)行非線性校正；采用基于PWM的積分分離的PI控制算法進(jìn)行溫度控制。
文檔編號G01N21/35GK102879354SQ201210361159
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者徐科軍, 張玉超, 陳桄紅, 陶波波, 王剛, 朱仲文, 胡體寶 申請人:合肥工業(yè)大學(xué), 重慶川儀自動化股份有限公司