基于16位单片机的智能仪器监控平台设计

1 引言

　　工业燃烧过程所释放出的烟气是现代城市大气污染源，烟气检测是大气环境检测中必要的项目，它是确定重点污染源并对污染源进行检测和控制的基本手段。为了控制燃烧过程的燃烧空气比，提高燃烧效率，节约能源，减少大气污染，必须可靠地测量烟气中各种气体的含量。本文针对烟气分析，介绍了一种基于Intel单片机的智能仪器监控平台。

2 监控平台的硬件结构设计

　　硬件配置应针对分析检测器的不同组合方式可在各模块中选择，如该平台用于二组分分析时，则只接入两路的操作回路和信号回路，其他两路不接，由于硬件模块的独立特性，配合软件的系统参数设置功能，系统完全可以正常工作，未接入的回路对工作回路不产生影响。监控平台的硬件结构如图1所示。

图1 监控平台硬件结构图

3 各功能模块硬件详细设计

　　3.1 单片机的选择与存储器模块设计

　　智能仪器的核心是单片微机，其性能对整个嵌入系统性能有重要影响。选择时既要考虑到工业应用的背景、功能具有一定先进性和高可靠性，又须满足分析仪器多品种、小批量的功能平台要求，易于开发移植和更新换代。为此，确定Intel公司的80C196kc芯片作为分析仪器信息处理单片，构造便携式仪器监控平台。

　　本监控平台选用的是ATMEL公司生产的32k字节的闪速存储器29C256，工作电压为5v，一旦工作电压低于3.8V时禁止编程功能。它既有SRAM的速度和易擦写性，又能像EEPROM那样掉电后保持数据和在线可写特性，具有读写功能，掉电下可保存数据。硬件设计方法如图2所示。80C196kc的P4口作为地址的高位使用，P3口作为地址的低位和8位数据线分时使用，74LS373用于低位地址锁存。

图2 存储器硬件电路设计

　　3.2 A/D采样及数据处理模块

　　80C196kc片内A/D模块共有8路采样通道，精度为10位（其中可靠精度为8位），本监控平台已用其中两路：其中一路用于热电偶测温，若检测到热电偶通道电压异常，即报警提示热电偶开路;另一路用于仪器电池电压检测，检测结果通过液晶显示器显示，便于用户随时了解电池电量，以免电压过低对传感器造成损害;其余六路待用。片外选用的是MAXIM公司生产的12位A/D采样芯片——MAX197，负责完成6路不同传感器的信号采样及环境温度、烟气温度的检测。该芯片是28脚的双列直插封装，工作电压为5V，有8个模拟输入口，完成一次转化的时间为6μS。

　　由于经分析仪器传感器转换后的电信号是0～1V，显然不能用内部参考电压模式进行采样，所以系统选用外部参考电压方式。但是作者在实际使用中发现，外部参考电压不能过低。试验表明，当外部参考低于1V时，在输入的模拟量在90 mV以下时，采样的结果明显不准确，有很严重的非线性，甚至出现明显死区。所以监控平台在传感器与A/D采样芯片之间加入了放大器，将传感器传给A/D采样芯片的信号放大至0～2V，通过计算可知此时的外部参考电压VREF=2/1.2207=1.6384V，事实证明这种方法起到了良好的作用，A/D采样芯片发挥了良好的性能，满足了监控平台的要求。

　　3.3 LCD液晶显示模块