基于S3C44B0X的工业用煤成分分析系统设计

　　煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的黑灰色岩石。全国现有矸石山1500余座，堆积量30亿吨以上，占中国工业固体废物排放总量的40%以上。煤矸石的大量堆放，不仅占用土地资源，而且造成环境污染。用洗中煤和矸石混烧发电，是解决污染的有效途径。2009年，煤矸石综合利用量3.9亿吨以上，利用率达到70%以上。如何快速、精确地定量分析混合燃料中煤与矸石的搭配比例，就成为监管部门及企业需要解决的问题。为解决上述问题，本文基于ARM7芯片S3C44BOX，设计了一个集数据采集、处理、显示为一体的嵌入式定量分析系统，并可以通网络将数据传送到远程PC。

　　1 系统原理及总体方案设计

　　1.1 系统原理

　　它是一种低能γ射线，与物质的相互作用主要是光电效应。不同物质由于原子序数不同，对γ射线的质量系数也明显不同，意味着按不同比例配制的煤与矸石的混合燃料，其吸收系数会发生明显变化，因此通过放射性强度的测量，可以分析混合燃料中煤与矸石的混合比例。

　　用单能、窄束γ射线照射混合燃料，经理论推导可得：

　　式中：αc，αg分别为混合燃料中煤、矸石的重量百分比;μc，μg，μp分别为煤、矸石、混合燃料的质量吸收系数;μm为待测的质量吸收系数;I0，I分别为γ射线穿过物体前、后的强度;V为标准样品盒的净容积，d为盒内样品厚度，二者均可看作已知常量;ρ为样品密度。

　　因此只需要测出γ射线照射混合燃料前后的强度及混合燃料的质量，就可以计算出煤、矸石的重量百分比。

　　1.2 系统总体方案设计

　　系统主要包括γ射线源、探测器、数据采集电路、精密电子天平、S3C44BOX硬件平台、LCD显示屏、网络接口。硬件框图如图1所示。

　　系统的核心是S3C44BOX微处理器，它是Samsung公司推出的16/32 b RISC处理器，采用2.5 VARM7TDMI内核，0.25/μm工艺的COMS标准宏单元和存储编译器。它提供了丰富的内置部件，主要包括8 KB Cache、内部SRAM、带自动握手的2通道URAT、4通道DMA、系统管理器、RT-C、I/O端口、LCD控制器等，很好地满足了系统设计要求。S3C44BOX可以很方便地扩展一个网络接口，实现数据的网络传输。另外S3C44BOX提供了70多个I/O端口，极大地方便了以后的功能扩展。

　　信号采集电路采集γ射线的能量信号，精密电子天平同步测量混合燃料的质量信号，并通过RS 232串口将数据传送到处理器，S3C44BOX对采集到的数据进行处理，得到煤与矸石的混合比例，将其显示在LCD屏上，同时可以通过网络接口将数据传送到远程PC，以备后期分析。