8098单片机在GXH-102红外气体分析器中的应用

　　0　引　　言

　　红外气体分析仪是一种广泛应用于石油、化工、冶金、环保等领域中的过程监测仪器,其作用在于监测现场流程气体浓度的变化,帮助用户达到提高产品产量和质量、降低能源和原材料消耗,保障系统安全高效运行的目的。它的理论基础是朗伯-比尔定律,即气体对红外辐射有特征吸收,且其吸收与气体浓度呈指数关系,由此实现对气体浓度的测量[1]。

　　其中　I———红外辐射被气体吸收后的能量;I0———红外辐射未被气体吸收时的能量;

　　K———气体的消光系数,由气体分子结构决定;

　　C———吸收红外辐射气体的浓度;L———红外辐射所经历的气室长度。

　　国外生产红外气体分析仪主要有日本岛津科学仪器公司、横河电机制作所、美国贝克曼公司、德国哈特曼-布朗(HB)公司。它们的仪器先进之处在于:传感器的制作技术远先进于我国、率先使用了计算机技术,使仪器的精度、外观、操作都大为改善。四川分析仪器厂针对这种情况决定开发新一代微机化红外气体分析仪,并将微机部分的开发任务委托我们完成,要求微机系统能用软件方法解决长期困扰的传感器的非线性误差和温度效应误差,有浓度温度上下限报警、控制相敏整流、手动和自动校准、串口通讯等功能。

　　1　硬件设计

　　本微机系统以8098单片机为核心,包含EPROM、RAM、8255、EEPROM的主机板,及带有指示灯、液晶片、键盘的显示板构成,见图1·两个通道的浓度、温度信号经二极管钳位电路输入到8098单片机的ACH4~ACH7,斩光盘的光电信号经施密特触发整形电路送到HSI·0,4个程控放大信号、2个电磁阀信号、4个直流电机控制信号经光耦送到相应驱动电路,2个脉宽调制信号输出、2个相敏整流控制信号由HSO.0~HSO.3经光耦送到标准电流输出电路、相敏整流电路,串口通讯由8255的PB7、PC7、地线组成,经准电平转换电路与系统机串口相连。

　　8255的PA口作为8个薄膜按键的读入口,通过74LS30与非门向8098发外中断申请,实现键盘中断扫描,在键值定义中采用了双键操作,因而用8个键实现了四种状态选择(测量MEAS、参数PARA、校准CAL、服务SERV)、三种转换(通道转换CHAN、量程转换MR、量纲转换DIM)、通过键盘修改四位数字等操作。根据仪器的要求,显示部分采用大连东方显示公司的EDM-1002数字式液晶显示器(8位8段)和11个发光二极管。液晶显示器用来显示测量气体的成分、测量结果。EDM-1002液晶驱动器内含有驱动器,与计算机接口的只有4根线:数据线、时钟线、电源线、地线。将数据线接到8098的RXD、时钟线接到TXD,通过8098的串行通道给显示器发数据就可静态显示。发光二极管信息由8255的PB、PC口发出,用于指示仪器所处的工作状态、测量通道、量程、量纲。发光二极管可有亮、暗、闪烁三种工作状态。闪烁驱动信号由8098的HSO0·4输出频率10 Hz的方波和8255的PC·0、PC·1相与产生。