嵌入式系统与GPRS技术在气相色谱仪中的应用

　　1　引言

　　气相色谱仪是应用面极广,数量较大的分析仪器中最重要的一大类科学仪器。在石油、天然气、精细化工、冶金、电力、医学、卫生、粮油、食品、环保、气体、技术监督和国防　　科研等领域中,几乎成为现代分析化学实验室必备的分析仪器之一。随着气相色谱仪的普及,客户对系统的要求逐步提高,不仅要求其有良好的运转性能,而且需要实时、直观地显示工作状态,要求操作人员根据实际情况方便地调整系统的工作参数,同时具有远程数据传送和管理,自动进样控制等功能。针对这些问题,本方案设计了基于嵌入式系统的全自动气相色谱仪,提供了可视化的控制系统,能够清晰地显示系统状态、提供完全图形化的操作方法,更重要的是本系统采用了最新的GPRS技术,操作者可以进行远程控制,实现准无人操作。

　　2　气相色谱仪工作原理

　　色相色谱仪工作的基本原理是(如图1):当气体样品通过一定的进样方式送入色谱仪系统后,样品中混合物的各组分在流动相(载气)的带动下,通过称为色谱柱的固定相,利用各组分在流动相中具有不同的吸附和脱附能力,当二相作相对运动时,样品中各组分就会在二相中反复多次(103~106)受到上述各种作用力的作用,从而使混合物中各组分获得分离,被分离后的单一组分随载气进入一种称作检测器的系统,在检测器系统中,每一组分都获得非电量转换,将化学成分转变成与其浓度成正比的电信号(电流或电压),将这些对应各组分的电信号传给嵌入式系统进行数据处理和分析,就可得到样品的成分信息。

　　3　基于ARM的气相色谱仪嵌入式系统构成及其特点

　　如图1所示,该气相色谱仪的控制系统主要由嵌入式微处理器(S3C44B0)、一个温度控制检测器、一个载气流量控制检测器和一个样品流量控制器、再加一个带光电隔离的高阻抗放大器,其主要特点是此MPU ( MicroProces-sor Unit)外接一个带触摸屏的彩色液晶屏提供友好的为人机接口。整个嵌入式控制系统的工作原理是:当系统启动以后,在LCD上显示主菜单选项,点击相应的菜单按钮即可进入下一级子菜单,再通过LCD上的菜单按钮分别对载气流量控制器、样品流量控制器发送参数设定指令,为了达到传送数据的可靠性,此命令通过RS485总线发送。在色谱仪工作后, MPU每隔1秒向各个检测器发送查询状态信息的命令,当进样器的温度控制器、流量控制器收到指令后,判断指令数据中的地址信息,如确实是发给自己的,则通过RS485总线返回自己的状态信息,在LCD上显示出该检测器的信息供操作者查看,否则丢弃此数据包。如果操作者想改变某个控制器的参数,比如想调节进样器的温度,那么就点击进样器温度设定按钮,LCD下方就会出现0~9数字键,供操作者设定温度值。当色谱仪的检测器得到分析数据后,经过高阻抗放大器,再通过RS485总线传给MPU,在LCD上显示各成分数据,用户可以直观的获取成分信息。由于MPU与各控制检测器都是通过RS485总线通信的,为此本方案特制定了一套内部的通信协议,用于系统内部的协调通信,而不产生干扰。