【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及環(huán)保行業(yè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集與分析儀器，具體涉及污染物排放監(jiān)測(cè)與測(cè)量裝置，具體為一種多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析儀器及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的發(fā)展，面向“高能耗、高物耗、高污染”的監(jiān)測(cè)和專用優(yōu)化系統(tǒng)將有較大的市場(chǎng)需求。為了滿足實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的要求，鋼鐵、石化、電力、有色金屬等企業(yè)在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求進(jìn)一步增加。

分析儀器領(lǐng)域，不僅僅涉及傳統(tǒng)的光學(xué)、電化學(xué)、色譜、質(zhì)譜類分析技術(shù)，還涉及精密機(jī)械、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化、人工智能等多種核心技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種分析儀需要很長的周期，而且分析儀器的規(guī)格種類多。

環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域測(cè)量儀器，根據(jù)應(yīng)用的行業(yè)、安裝的位置等需要各不相同，目前的環(huán)保測(cè)量儀器遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)工作發(fā)展的需要。主要表現(xiàn)為：一方面技術(shù)檔次低，低水平、重復(fù)開發(fā)、重復(fù)生產(chǎn)嚴(yán)重；另一方面產(chǎn)品質(zhì)量不高，性能不穩(wěn)定；導(dǎo)致在線監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)配套可生產(chǎn)性較低，不能適應(yīng)市場(chǎng)的需要。另外環(huán)境監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)儀器不斷向自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測(cè)方向發(fā)展；向高技術(shù)方向發(fā)展；向全方位領(lǐng)域監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展；向遙感與環(huán)境監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方向發(fā)展；目前的測(cè)量裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的發(fā)展需要；

本領(lǐng)域亟需一種能夠?qū)崿F(xiàn)一種能夠多通道，多組分同步測(cè)量、高可靠性、高穩(wěn)定性、高智能化、可批量生產(chǎn)的通用監(jiān)測(cè)與測(cè)量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析儀器及方法，本發(fā)明的氣體分析儀具有多通道，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分同步測(cè)量，具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高智能化、可批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析儀器，包括通用平臺(tái)母板、顯示板、鍵盤板、多種個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，通用平臺(tái)母板包括處理器，處理器上連接有數(shù)字量輸出電路部分、數(shù)字量輸入電路部分、模擬量輸入電路部分、模擬量輸出電路部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路部分、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、鍵盤接口電路部分、顯示板接口電路部、網(wǎng)路通訊電路部分、rs485通訊接口、rs232通訊接口、環(huán)境檢測(cè)電路部分和若干個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過與其兼容的內(nèi)部自定義總線與處理器連接；

自定義總線包括數(shù)據(jù)總線和控制總線，個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過數(shù)據(jù)總線和控制總線與處理器連接，數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)處理器與個(gè)性化模塊之間的數(shù)據(jù)交換，控制總線用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的識(shí)別、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制；

氣體分析儀器還包括為各電路供電的電源部分。

所述數(shù)字量輸出電路部分和數(shù)字量輸入電路部分通過并行通訊口與處理器之間建立通訊鏈接，模擬量輸入電路部分和模擬量輸出電路部分通過spi總線與處理器建立通訊連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路部分通過spi總線與處理器建立通訊連接，實(shí)時(shí)時(shí)鐘通過i2c總線與處理器建立通訊連接，顯示板接口電路部分通過lcd接口與處理器建立通訊連接，網(wǎng)路通訊電路部分通過rmii與處理器建立通訊連接，rs485通訊接口和rs232通訊接口通過uart接口與處理器建立通訊連接，環(huán)境檢測(cè)電路部分通過spi接口與處理器建立通訊連接，環(huán)境檢測(cè)電路部分包含流量測(cè)量電路、環(huán)境溫度測(cè)量電路和大氣壓測(cè)量電路。

所述個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊為-10v～+10v差分信號(hào)采集模塊、0～+10v單端信號(hào)采集模塊、mv單端信號(hào)采集模塊、mv級(jí)差分信號(hào)采集模塊、0～+24ma信號(hào)采集模塊、-24ma～+24ma信號(hào)采集模塊、μa信號(hào)采集模塊、溫度模塊、0～+24ma信號(hào)輸出模塊或0～+10v信號(hào)輸出模塊中的一種或集中地組合。

與處理器同時(shí)連接的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊不超過八個(gè)。

每種個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊具有兼容母板內(nèi)部自定義總線的接口，以及每種個(gè)性化模塊具有不同的類型識(shí)別碼。

所述個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過串行數(shù)據(jù)總線與處理器連接。

控制總線包括cpld電路部分，cpld電路部分與個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊和處理器連接，用于處理個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊提供的狀態(tài)信息和安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的類型信息，cpld電路部分通過串行數(shù)據(jù)通訊接口與處理器建立通訊連接，并能夠通過建立的串行通訊鏈接將解析到的狀態(tài)信息、類型信息傳給處理器處理，處理器通過串行數(shù)據(jù)總線與安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)配置信息、采集數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)交換。

一種多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析方法，通過如下方式進(jìn)行：

根據(jù)實(shí)際的需求檢測(cè)的氣體組分或者控制需求，安裝相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊到母板插槽，對(duì)應(yīng)規(guī)格的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊上具有相應(yīng)的檢測(cè)傳感器，啟動(dòng)母板，母板上的處理器通過自定義總線自動(dòng)檢測(cè)安裝的個(gè)性化模塊的類型和數(shù)量，自動(dòng)配置能夠多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析儀器并加載默認(rèn)參數(shù)，通過安裝的相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)不同組分的氣體進(jìn)行測(cè)量分析。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明的氣體分析儀器的處理器通過自定義總線同時(shí)連接多個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過自定義總線的數(shù)據(jù)總線和控制總線與處理器連接，數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)處理器與個(gè)性化模塊之間的數(shù)據(jù)交換，控制總線用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的識(shí)別、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制，因此本發(fā)明的氣體分析儀器能夠根據(jù)實(shí)際的需求檢測(cè)的氣體組分或者控制需求，安裝相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊到母板插槽，對(duì)應(yīng)規(guī)格的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊上具有相應(yīng)的檢測(cè)傳感器，啟動(dòng)母板，母板上的處理器通過自定義總線自動(dòng)檢測(cè)安裝的個(gè)性化模塊的類型和數(shù)量，自動(dòng)配置能夠多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析儀器并加載默認(rèn)參數(shù)，通過安裝的相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)不同組分的氣體進(jìn)行測(cè)量分析，因此本發(fā)明的氣體分析儀器具有多通道，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分同步測(cè)量，具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高智能化、可批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。

由于本發(fā)明采用了自定義的內(nèi)部通訊總線及控制單元，解決了現(xiàn)有分析儀器不能快速滿足用戶的需求、和批量生產(chǎn)的問題，并對(duì)用戶提供了靈活的應(yīng)用方式和方便的維護(hù)，為用戶在生產(chǎn)工藝或者工況的變化的情況下及時(shí)提供實(shí)用的數(shù)據(jù)。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明氣體分析儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明氣體分析儀器的電路模塊邏輯圖。

圖3是本發(fā)明氣體分析儀器的內(nèi)部總線及管理電路部分示意圖。

圖4為本發(fā)明氣體分析儀器一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明的氣體分析儀器，包括通用平臺(tái)母板、顯示板、鍵盤板、多種個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，通用平臺(tái)母板包括處理器，處理器上連接有數(shù)字量輸出電路部分、數(shù)字量輸入電路部分、模擬量輸入電路部分、模擬量輸出電路部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路部分、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、鍵盤接口電路部分、顯示板接口電路部、網(wǎng)路通訊電路部分、rs485通訊接口、rs232通訊接口、環(huán)境檢測(cè)電路部分(氣體流量、環(huán)境溫度和大氣壓)和若干個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過與其兼容的內(nèi)部自定義總線與處理器連接；自定義總線包括數(shù)據(jù)總線和控制總線，個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過數(shù)據(jù)總線和控制總線與處理器連接，數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)處理器與個(gè)性化模塊之間的數(shù)據(jù)交換，控制總線用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的識(shí)別、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制；氣體分析儀器還包括為各電路供電的電源部分；

在氣體分析時(shí)，根據(jù)實(shí)際的需求檢測(cè)的氣體組分或者控制需求，安裝相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊到母板插槽，對(duì)應(yīng)規(guī)格的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊上具有相應(yīng)的檢測(cè)傳感器，啟動(dòng)母板，母板上的處理器通過自定義總線自動(dòng)檢測(cè)安裝的個(gè)性化模塊的類型和數(shù)量，自動(dòng)配置能夠多通道、多組分同步測(cè)量的氣體分析儀器并加載默認(rèn)參數(shù)，通過安裝的相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)不同組分的氣體進(jìn)行測(cè)量分析。

數(shù)字量輸出電路部分和數(shù)字量輸入電路部分通過并行通訊口與處理器之間建立通訊鏈接，模擬量輸入電路部分和模擬量輸出電路部分通過spi總線與處理器建立通訊連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路部分通過spi總線與處理器建立通訊連接，實(shí)時(shí)時(shí)鐘通過i2c總線與處理器建立通訊連接，顯示板接口電路部分通過lcd接口與處理器建立通訊連接，網(wǎng)路通訊電路部分通過rmii與處理器建立通訊連接，rs485通訊接口和rs232通訊接口通過uart接口與處理器建立通訊連接，環(huán)境檢測(cè)電路部分通過spi接口與處理器建立通訊連接，環(huán)境檢測(cè)電路部分包含流量測(cè)量電路、環(huán)境溫度測(cè)量電路和大氣壓測(cè)量電路。

個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過串行數(shù)據(jù)總線與處理器連接；控制總線包括cpld電路部分，cpld電路部分與個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊和處理器連接，用于處理個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊提供的狀態(tài)信息和安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的類型信息，cpld電路部分通過串行數(shù)據(jù)通訊接口與處理器建立通訊連接，并能夠通過建立的串行通訊鏈接將解析到的狀態(tài)信息、類型信息傳給處理器處理，處理器通過串行數(shù)據(jù)總線與安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)配置信息、采集數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)交換。

本發(fā)明的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊接口部分針對(duì)不同的傳感器或采集的信號(hào)，安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊有：-10v～+10v差分信號(hào)采集模塊、0～+10v單端信號(hào)采集模塊、mv單端信號(hào)采集模塊、mv級(jí)差分信號(hào)采集模塊、0～+24ma信號(hào)采集模塊、-24ma～+24ma信號(hào)采集模塊、μa信號(hào)采集模塊、溫度采集模塊、0～+24ma信號(hào)輸出模塊、0～+10v信號(hào)輸出模塊中的一種或多種的組合；個(gè)性化模塊的規(guī)格不限于以上所述種類。

本發(fā)明的數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)通用母板控制器(處理器)與多個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊之間的數(shù)據(jù)交換，控制總線實(shí)現(xiàn)通用母板控制器(處理器)對(duì)多個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的識(shí)別、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制，總線的控制管理單元(cpld電路部分)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部自定義總線的管理。

由于本發(fā)明采用了自定義的內(nèi)部通訊總線及控制單元，解決了現(xiàn)有分析儀器不能快速滿足用戶的需求、和批量生產(chǎn)的問題，并對(duì)用戶提供了靈活的應(yīng)用方式和方便的維護(hù)，為用戶在生產(chǎn)工藝或者工況的變化的情況下及時(shí)提供實(shí)用的數(shù)據(jù)。

參照?qǐng)D1和圖4，本發(fā)明的氣體分析儀器針對(duì)不同的用戶測(cè)量需求選擇個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊其中的一種或幾種；本氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)能夠自動(dòng)識(shí)別個(gè)性化模塊的類型，自動(dòng)加載的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)氣體的組分類型、量程、默認(rèn)配置參數(shù)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)分析處理、通過人機(jī)交互界面顯示和通訊口提供給用戶，本氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)具有自檢功能，顯示事件故障信息，對(duì)用戶設(shè)置的事件信息進(jìn)行控制動(dòng)作操作，本氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)具有自動(dòng)標(biāo)校功能，本氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)是一種結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)方便、操作方便的，維護(hù)方便的裝置；

本發(fā)明的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊具有相同的軟硬件接口，可安裝在母板的任意個(gè)性化插槽；多個(gè)個(gè)性化的數(shù)據(jù)采集模塊可隨機(jī)組合安裝在母板上；安裝單個(gè)或者多個(gè)任意規(guī)格的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，可以裝配出不同規(guī)格的分析儀器；

開發(fā)了針對(duì)某種氣體組分的測(cè)量個(gè)性化，或者針對(duì)某種信號(hào)規(guī)格的個(gè)性化模塊，個(gè)性化模塊靈活組合，每個(gè)個(gè)性化模塊具有相同的總線接口和不同的類型識(shí)別碼，并兼容母板內(nèi)部自定義總線。

因此本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了能夠多通道，多組分同步測(cè)量，具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高智能化和可批量生產(chǎn)的特點(diǎn)置，根據(jù)測(cè)量的組分需求選擇其中的一個(gè)或者幾個(gè)個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊就能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多種氣體的測(cè)量。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)組分采集電路的處理，包含信號(hào)處理、ad轉(zhuǎn)換、總線接口、狀態(tài)檢測(cè)、控制電路、電源部分，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)組分的精確測(cè)量。

參照?qǐng)D3，為自定義內(nèi)部總線及管理電路部分，實(shí)現(xiàn)了母板對(duì)任意數(shù)量的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)通訊、狀態(tài)檢測(cè)與管理，該電路包含了數(shù)據(jù)輸入信號(hào)、數(shù)據(jù)輸出信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、選通與管理信號(hào)、狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)、管理控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了通用母板與多個(gè)數(shù)量任意類個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊之間的通訊。cpld電路部分處理個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊提供的狀態(tài)信息、安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊的類型信息，cpld電路部分通過串行數(shù)據(jù)通訊接口與處理器建立通訊連接，并通過建立的串行通訊鏈接將解析到的狀態(tài)信息、類型信息傳給處理器處理。處理器通過串行數(shù)據(jù)總線與安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，包含配置信息、采集數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)信息。

本發(fā)明的氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)能夠自動(dòng)識(shí)別個(gè)性化模塊的類型，自動(dòng)加載的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)氣體的組分類型、量程、默認(rèn)配置參數(shù)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)分析處理、通過人機(jī)交互界面顯示和通訊口提供給用戶，本氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)具有自檢功能，顯示事件故障信息，對(duì)用戶設(shè)置的事件信息進(jìn)行控制動(dòng)作操作，本氣體分析儀器通用技術(shù)平臺(tái)具有自動(dòng)標(biāo)校功能，通過配置軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)校、通訊、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析、自檢、控制等應(yīng)用功能。

個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊安裝在母板的插槽中，根據(jù)測(cè)量的需要安裝相應(yīng)規(guī)格和數(shù)量的個(gè)性化模塊，目前實(shí)現(xiàn)的版本，母板預(yù)留8個(gè)個(gè)性化模塊插槽，因此目前版本最多同時(shí)安裝8塊不同規(guī)格或者相同規(guī)格的個(gè)性化模塊。

舉例說明儀器的安裝過程，比如需要安裝測(cè)量co、co2、n2、h2四組分的測(cè)量儀器，首先選定測(cè)量co、co2、n2、h2相應(yīng)的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊，然后將選定的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊安裝在通用母板的插槽中，重新上電，通用母板自定義內(nèi)部總線與安裝的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集模塊通過串行數(shù)據(jù)總線建立通訊連接，通用母板上的內(nèi)部總線管理單元與處理器建立串行數(shù)據(jù)通訊連接，內(nèi)部總線管理單元將自動(dòng)識(shí)別安裝模塊的類型和狀態(tài)信息，并將解析的信息上傳給處理器，處理器根據(jù)上傳的個(gè)性化話模塊的狀態(tài)信息和類型信息通過與個(gè)性化模塊建立的串行數(shù)據(jù)總線通訊連接下發(fā)配置信息，每個(gè)個(gè)性化模塊配置成功后，反饋給處理器配置成功信息，然后處理器輪循讀取個(gè)性化模塊采集數(shù)據(jù)，并處理。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，則應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。