紅外線氣體分析儀在系統硬件上有哪些杰出設計？

　　從國內現有的紅外線氣體分析儀來看，大部分在線監測儀需上位機配合完成數據的后期處理和保存，前端僅僅完成信號探測和采集的功能，這樣的設計在一些安裝受限或長期無人監管的場合就不能適用了，針對這種狀況，我司開發一種紅外線氣體分析儀，它能夠獨立完成監測工作，并可將數據儲存在大容量閃存中或通過GPRS遠程傳輸，該儀器的簡潔人機接口使無論測量還是儀器標定都可方便完成，同時USB接口的添加使儀器有了更大的擴展空間，并且儀器擁有多種信號輸出方式，可以輕松與各種系統連接。

　　　　

　　紅外線氣體分析儀系統硬件設計：

　　在儀器的硬件設計中紅外光源，探測器，DSP系統及外圍電路，信號放大電路的選擇是關鍵。本儀器紅外光源選擇了IRL715紅外光源，該光源的波長范圍為從可見的光波長到5μm，5V電壓驅動下工作壽命可達40000h。探測器選擇了有兩路測量通路的TPS2534G2。DSP采用了美國TI公司的TMS320F2812數字信號處理器，為32位定點DSP，內核提供高達150MIPS的計算帶寬，大大提高了控制系統的控制精度和數據處理能力，其外圍電路主要包括：數據采集、開關量輸出、人機接口。存儲系統和USB通訊接口。信號放大電路使用了兩級AD8552運放電路串聯，AD855X系列有自動偏置調整的功能，是低頻微弱信號檢測放大器系統的首要選擇。因本儀器重在高速DSP系統在紅外線氣體分析儀上的應用，所以下面特別對DSP的外圍電路做個說明。

　　1、數據采集：主要負責模數轉換和信號采集，將各種需要測量的模擬量通過.A/D轉換后送到DSP。其中測量通道和參考通道的信號由紅外探測器產生，由一個A/D轉換器轉換，轉換精度為16bit，根據要求選擇可直接與TMS320F2812接口的串行16bitA/D轉換器；其他參與氣體濃度補償計算的信號，包括濕度、溫度和大氣壓力信號由TMS320F2812自帶的A/D分時轉換，轉換精度為12bit。以上信號轉換后送到DSP處理器緩存。經系列復雜計算處理最終得到被測氣體的濃度值。這里給出用于測量通道和參考通道信號采集的電路設計，如圖2所示。

　　2、開關置輸出：開關量輸出主要包括探測器溫度控制信號、光學鏡頭窗溫控信號、要素報警觸發信號(濃度，溫度，濕度)3路和1路時間觸發信號。利用DSP處理器的通用I/O口可實現數字量的輸出，74HC244實現各控制信號的驅動輸出。圖3為數字量輸出電路圖。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，兩個器件存在接口電路的電平轉換問題，不能直接連接，采用LVCl*5作為電平轉換器，實現TMS320F2812和74HC244之間的電平匹配。

　　3、人機接口：采用LCMl68651液晶模塊作為顯示，采用中斷方式的矩陣鍵盤，人機接口的任務主要是接收鍵盤指令，完成儀器的設置，標定，測量等操作，提供實時的濃度變化曲線圖繪制，并提供對歷史數據的查詢和顯示功能。

　　4、USB接口電路：USB接口用于下位機與上位機通訊。USB的數據傳輸率很高，所以不僅可以用來傳送命令，而且可以實時傳輸數據，包括原始測量值，當前濃度值，或歷史記錄值，圖4給出USB的接口電路原理圖。

　　5、數據存儲：紅外線氣體分析儀需要存儲的數據包括：氣體測量記錄號，日期、時間、濃度值，溫度，濕度，大氣壓力等，記錄數據量的大小取決于保存條目大小，保存種類，保存頻度及保存時長，考慮到在線測量和無人管理測量的要求，采用大容量閃存K9F1G08UOA作為儀器的數據存儲介質，總數據存儲量大于128MB。