CN214201167U - 用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其包括：主控模块、分别与主控模块连接的模拟量采集模块、数字量控制模块、无线通讯模块和串口通讯模块，其中，无线通讯模块通过以太网与服务器连接，串口通讯模块与用于检测主流烟气多光谱分析仪的状态参数的传感器连接，模拟量采集模块用于采集模拟信号，主控模块用于根据模拟信号输出数字化控制指令，数字量控制模块用于根据数字化控制指令，控制开关类器件的开闭状态。本实用新型的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，能够在光谱检测中实现主流烟气多光谱分析仪和吸烟机的联动，实现进样、出样等检测流程的全自动化。

Description

用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统

技术领域

本实用新型涉及烟草制品烟气分析控制技术领域，尤其涉及一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统。

背景技术

目前，在主流烟气多光谱分析仪的光谱检测中，需要通过人工方式控制阀门等开关，以实现主流烟气多光谱分析仪的温度、压力、流量等参数的调节，这种调节方式存在效率低下、调节精度低等问题。

因此，亟需一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，以解决上述现有技术中的问题，能够在光谱检测中实现主流烟气多光谱分析仪和吸烟机的联动，实现进样、出样等检测流程的全自动化。

本实用新型提供了一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，包括：

主控模块、分别与所述主控模块连接的模拟量采集模块、数字量控制模块、无线通讯模块和串口通讯模块，其中，所述无线通讯模块通过以太网与服务器连接，所述串口通讯模块与用于检测主流烟气多光谱分析仪的状态参数的传感器连接，所述模拟量采集模块用于采集模拟信号，所述主控模块用于根据所述模拟信号输出数字化控制指令，所述数字量控制模块用于根据所述数字化控制指令，控制开关类器件的开闭状态。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述主控模块包括恩智浦的MK60芯片。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述模拟量采集模块包括模拟量输入模数转换单元，与所述主控模块的输入端连接，用于将采集的模拟信号转换为数字信号，并输入到所述主控模块中。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述模拟量输入模数转换单元包括依次设置的模拟信号输入接口、静电过压保护器件、信号放大芯片和采集芯片。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述模拟量采集模块还包括模拟量输出数模转换单元，与所述主控模块的输出端连接，用于将所述主控模块输出的数字信号转换为模拟信号，以对外部设备的工作状态进行控制。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述数字量控制模块包括数字量输出单元，与所述主控模块的输出端连接，用于将所述主控模块输出的电平信号作为数字化控制指来驱动外部设备，以控制开关类器件的开闭状态。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述数字量输出单元包括光学耦合隔离器，并采用低电平触发模式。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述数字量控制模块还包括数字量输入单元，与所述主控模块的输入端连接，用于接收外部的电平信号，驱动所述主控模块改变工作状态。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述串口通讯模块包括232/TTL协议通讯单元和或485协议通讯单元。

如上所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其中，优选的是，所述用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统还包括人机操作界面，与所述主控模块连接，用于设置利用所述主流烟气多光谱分析仪进行光谱检测的检测参数，并显示光谱检测过程的状态信息。

本实用新型提供一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，通过模拟量采集模块采集模拟信号，通过主控模块来根据模拟信号输出数字化控制指令，通过数字量控制模块来根据数字化控制指令控制开关类器件的开闭状态，能够在光谱检测中实现主流烟气多光谱分析仪和吸烟机的联动，实现进样、出样等检测流程的全自动化。

附图说明

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步描述，其中：

图1为本实用新型提供的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统的实施例的结构示意图。

附图标记说明：

1-主控模块 2-模拟量采集模块 3-数字量控制模块

4-无线通讯模块 5-串口通讯模块

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其包括：主控模块1、分别与所述主控模块1连接的模拟量采集模块2、数字量控制模块3、无线通讯模块4和串口通讯模块5，其中，所述无线通讯模块4通过以太网与服务器连接，所述串口通讯模块5与用于检测主流烟气多光谱分析仪的状态参数的传感器连接，所述模拟量采集模块2用于采集模拟信号，所述主控模块1用于根据所述模拟信号输出数字化控制指令，所述数字量控制模块3用于根据所述数字化控制指令，控制开关类器件的开闭状态。

其中，所述主流烟气多光谱分析仪为空芯波导二维红外光谱仪，其检测到的卷烟主流烟气光谱数据为中红外光谱数据，具体地，空芯波导红外光谱技术作为一种红外增强技术，与常规红外光谱技术相比，空芯光纤技术借助Ag/AgI复合涂层的高反射率，使得入射光源在空芯光纤内形成多次反射而延长光与物质交互作用的光程，能够更高效地提升待测体系的红外吸收强度，从而降低检出限，提高分析的精密度和准确性。

进一步地，传感器所检测的主流烟气多光谱分析仪的状态参数例如可以为温度、压力、流量等，所述传感器例如可以为内置于主流烟气多光谱分析仪(例如为空芯波导二维红外光谱仪)中的温度传感器、压力传感器、流量传感器等，对应地，所述模拟量采集模块2所采集的模拟信号为温度模拟信号、压力模拟信号、流量模拟信号等。需要说明的是，本实用新型对传感器和模拟信号的类型不作具体限定。

进一步地，通过无线通讯模块4可以实现主控模块1与服务器之间的数据交换，作为一个示例而非限定，所述无线通讯模块4包括WIFI单元。

在工作中，通过无线通讯模块实现主控模块与服务器之间的数据交换，通过串口通讯模块实现主控模块与传感器之间的数据交互，通过模拟量采集模块采集温度、压力、流量等模拟信号，通过主控模块来根据模拟信号输出数字化控制指令，通过数字量控制模块来根据数字化控制指令控制开关类器件的开闭状态，以实现进样、出样等检测流程的全自动化。

由此，相对于现有技术而言，通过模拟量采集模块采集模拟信号，通过主控模块来根据模拟信号输出数字化控制指令，通过数字量控制模块来根据数字化控制指令控制开关类器件的开闭状态，能够在光谱检测中实现主流烟气多光谱分析仪和吸烟机的联动，实现进样、出样等检测流程的全自动化。

进一步地，所述主控模块1包括恩智浦MK60芯片，这种芯片具有多路可任意配置工作方式的引脚，便于根据各模块在电路板上分布来配置工作模式，同时，芯片主频及可配置的中断向量表也可以满足主流烟气多光谱分析仪的数据分析及控制需求。

进一步地，所述模拟量采集模块2包括模拟量输入模数转换单元，与所述主控模块1的输入端连接，用于将采集的模拟信号转换为数字信号，并输入到所述主控模块1中。本实用新型采用高度集约化的A/D芯片及通讯方式，大大减小了占用的版面体积，同时还增加了可接入的A/D通道。

其中，所述模拟量输入模数转换单元包括依次设置的模拟信号输入接口、静电过压保护器件、信号放大芯片和采集芯片。具体地，模拟信号输入接口对应的外部接口采用MSA接头，在体积上远小于传统的BNC接头，具有更好的信号屏蔽效果；作为一个示例而非限定，所述静电过压保护器件为型号为SMBJ15A的单向二极管，防止接入信号的电压过大而损坏主控模块1；借助于信号放大芯片，可以有效地降低噪声，稳定信号，提高检测精度，信号放大芯片例如可以为型号为ADA4004-4的芯片；采集芯片用于进行采集传输处理，采集芯片例如可以为型号为AD7328的芯片，这种芯片是可独立编程的模拟量采集芯片，单芯片配有8路A/D模拟量输入，输入的电压范围可独立编程选择，如0V-10V，-10V-+10V等，其可通过独立编程来配置内置的控制寄存器和顺序寄存器，选择读取的通道输入和读取顺序。与此相对应，主控模块1对应的恩智浦MK60芯片须配置四个引脚负责AD7328的时钟、时序、输入输出数据交换。模拟量输出输入数据以二进制码格式传输至主控模块1，方便操作，使用灵活，可以减少系统的资源占用，提高使用效率；同时在硬件上也减小了体积，使得印制电路板(PCB)的集成化更高，体积更小。

进一步地，所述模拟量采集模块2还包括模拟量输出数模转换单元，与所述主控模块1的输出端连接，用于将所述主控模块1输出的数字信号转换为模拟信号，以对外部设备的工作状态进行控制。模拟量输出指通过输出电流或电压的模拟量信号控制外部设备，驱动外部电路工作。通过模拟量输出数模转换单元，可以对调压控制的可控硅半导体制冷芯片、电压控制加热设备等进行控制。在本实用新型中，所述模拟量输出数模转换单元可以为AD5722R模拟量转换芯片，AD5722R是可编程的数模转换芯片，可选择0-5V\10V的模拟量电压输出范围，单芯片支持2路输出，并且可单独配置芯片内部结构。

所述数字量控制模块3包括数字量输出单元，与所述主控模块1的输出端连接，用于将所述主控模块1输出的电平信号作为数字化控制指来驱动外部设备，以控制开关类器件的开闭状态。其中，开关类器件例如可以为电源开关、阀门等。在具体实现中，数字量输出单元可以通过驱动继电器来控制电源开关、电磁阀(例如为进样口前端电磁阀、出样口后端电磁阀)等的开闭，以此来控制设备起停、控制PID加热组件的工作状态。

其中，所述数字量输出单元包括光学耦合隔离器，并采用低电平触发模式。在本实用新型中，所述数字量输出单元采用型号为PS2801C-4的光学耦合隔离器，其采用SSOP(Shrink Small-Outline Package，窄间距小外型塑封)封装，内部设置有高发光二极管和一个NPN硅光电晶体管。光学耦合隔离器的作用一方面是数字量输出单元与其他模块，防止其他电平及噪声波动对信号产生干扰，影响控制执行；另一方面是稳定输出信号，提高信号强度，增加控制系统数字量输出的带负载能力。一般而言，数字量输出可分为高电平触发和低电平触发，高电平为3.3V-5V，低电平为0V-3V，发明人经过研究发现，高电平触发的数字量输出有3V左右的电压值，一些模块芯片的供电电压在3.3V，因此，本实用新型的光学耦合隔离器采用低电平触发模式，这样可以避免在操作不当或误操作以及非人为因素造成的线路连接错误，进而导致部分模块芯片的过压工作而损坏，杜绝安全隐患和不必要的损失。

更进一步地，所述数字量控制模块3还包括数字量输入单元，与所述主控模块1的输入端连接，用于接收外部的电平信号，驱动所述主控模块1改变工作状态。在数字量输入单元中，同样选用了型号为PS2801C-4的光耦合隔离器，但连接方式及外围电路与数字量输出单元不同，与数字量输出单元相比，数字量输入单元交换了信号输入输出的接入方向，去掉单向的稳压二极管，改用限流电阻，防止电流过大损坏器件，确保仪器的安全性和稳定性。

进一步地，通过所述串口通讯模块5，可以实现主控模块1与传感器之间的数据交互，其中，所述串口通讯模块5包括232/TTL协议通讯单元和或485协议通讯单元。

其中，232/TTL协议通讯单元同时支持TTL电平串口通讯和232协议通讯模式。具体系，所述232/TTL协议通讯单元采用型号为ADuM1201的双通道数字隔离器。传统的232总线隔离方法是光耦合器技术，使用光束来隔离和保护检测电路以及在高压和低电压电气环境之间提供一个安全接口。常用的光耦合器的型号是6N137，工作电压为5V，最高速率为10Mbps，工作温度为0℃-70℃，每个芯片仅提供一个隔离通道，这些性能限制了6N137在更高的环境要求中使用。在本实用新型中，采用型号为ADuM1201的数字隔离器，它是基于芯片尺寸的变压器，而不是基于光电耦合的LED与光二极管的组合，可以实现光电耦隔离器无法比拟的性能优势，其速度更高，最高速率可以达到125Mbps；功耗更低，是传统光电隔离器的1/10，最小工作电流仅为0.8mA；时序精度、瞬态共模抑制力和通道间匹配程度均优于传统光电隔离器；体积更小，印制电路板(PCB)面积为传统光电隔离器的40％；应用更灵活，数字隔离器能在同一芯片内提供正向和反向通信通道。

进一步地，485协议通讯单元采用RS-485总线标准，平衡发送、差分接受，可抑制共模干扰，传输距离可达2-3千米。逻辑1以两线间的电压差位+(2-6)V，逻辑0以两线间电压差-(2-6)V，接口电平低于RS232的3-15V，所以不易损坏接口电路的芯片。在本实用新型中，485协议通讯单元包括依次设置的保护电路、SP387四线路差分驱动器和数字隔离芯片。其中，保护电路的型号例如为型号为LT-BA151N的陶瓷放电管；SP387四线路差分驱动器，负责控制切换485信号输入/输出；数字隔离芯片为型号为ADuM1201的数字隔离芯片。利用传感器所得到的检测信号经过驱动电路后，接入与232/TTL协议通讯单元相同的型号为ADuM1201的数字隔离芯片，稳压后接入主控模块1，确保整体系统的通讯与操纵的可靠性。

进一步地，所述用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统还包括人机操作界面(未示出)，与所述主控模块1连接，用于设置利用所述主流烟气多光谱分析仪进行光谱检测的检测参数，并显示光谱检测过程的状态信息。示例性地，所述人机操作界面为触控屏。

本实用新型实施例提供的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，通过模拟量采集模块采集模拟信号，通过主控模块来根据模拟信号输出数字化控制指令，通过数字量控制模块来根据数字化控制指令控制开关类器件的开闭状态，能够在光谱检测中实现主流烟气多光谱分析仪和吸烟机的联动，实现进样、出样等检测流程的全自动化。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，包括：

主控模块、分别与所述主控模块连接的模拟量采集模块、数字量控制模块、无线通讯模块和串口通讯模块，其中，所述无线通讯模块通过以太网与服务器连接，所述串口通讯模块与用于检测主流烟气多光谱分析仪的状态参数的传感器连接，所述模拟量采集模块用于采集模拟信号，所述主控模块用于根据所述模拟信号输出数字化控制指令，所述数字量控制模块用于根据所述数字化控制指令，控制开关类器件的开闭状态。

2.根据权利要求1所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述主控模块包括恩智浦的MK60芯片。

3.根据权利要求1所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述模拟量采集模块包括模拟量输入模数转换单元，与所述主控模块的输入端连接，用于将采集的模拟信号转换为数字信号，并输入到所述主控模块中。

4.根据权利要求3所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述模拟量输入模数转换单元包括依次设置的模拟信号输入接口、静电过压保护器件、信号放大芯片和采集芯片。

5.根据权利要求3所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述模拟量采集模块还包括模拟量输出数模转换单元，与所述主控模块的输出端连接，用于将所述主控模块输出的数字信号转换为模拟信号，以对外部设备的工作状态进行控制。

6.根据权利要求1所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述数字量控制模块包括数字量输出单元，与所述主控模块的输出端连接，用于将所述主控模块输出的电平信号作为数字化控制指来驱动外部设备，以控制开关类器件的开闭状态。

7.根据权利要求6所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述数字量输出单元包括光学耦合隔离器，并采用低电平触发模式。

8.根据权利要求6所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述数字量控制模块还包括数字量输入单元，与所述主控模块的输入端连接，用于接收外部的电平信号，驱动所述主控模块改变工作状态。

9.根据权利要求1所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述串口通讯模块包括232/TTL协议通讯单元和或485协议通讯单元。

10.根据权利要求1所述的用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统，其特征在于，所述用于主流烟气多光谱分析仪的嵌入式控制系统还包括人机操作界面，与所述主控模块连接，用于设置利用所述主流烟气多光谱分析仪进行光谱检测的检测参数，并显示光谱检测过程的状态信息。

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