基于嵌入式設(shè)計的廢氣處理自動控制系統(tǒng)研究

仝佳鑫

摘 要：廢氣處理是一項十分重要的工作，做好廢氣處理，不僅可以最大程度的減少對人體健康的影響，還能實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。在科學(xué)技術(shù)的影響下，嵌入式設(shè)計被應(yīng)用到廢氣處理中，實現(xiàn)了自動控制，極大滿足了人們需求。為做好嵌入式廢氣處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計，本文認(rèn)為應(yīng)從方案設(shè)計、硬件選型、參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)以及軟件設(shè)計等部分著手。

關(guān)鍵詞：嵌入式；廢氣處理；自動控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0019-02

廢氣處理自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)需要得到嵌入式平臺的支持，利用該平臺不僅可以實時了解廢氣處理流程，還能順利完成重要數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)動態(tài)管理。在廢氣處理自動控制系統(tǒng)中，最重要的部分為參數(shù)監(jiān)測字系統(tǒng)，同時也包括硬件與軟件設(shè)計。因此，有必要對基于嵌入式設(shè)計的廢氣處理自動控制系統(tǒng)展開研究。

1 方案設(shè)計與硬件選型

1.1 方案設(shè)計

廢氣存在之處環(huán)境相對惡劣，要做好廢氣處理系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)滿足以下幾點要求：

（1）自動化，在廢氣產(chǎn)生以后能夠自動收集與處理；（2）精準(zhǔn)化與抗干擾性；（3）動態(tài)性與保存性，能夠根據(jù)現(xiàn)場實際情況將重要信息保存下來；（4）校準(zhǔn)性與擴(kuò)展性，在實際設(shè)計的過程中，一定要強(qiáng)化擴(kuò)展性，促進(jìn)系統(tǒng)升級。同時，廢氣處理自動控制系統(tǒng)還要做到體積小、高可靠性[1]。

在正式設(shè)計以前應(yīng)繪制好系統(tǒng)硬件原理圖，首先設(shè)計好溫度、液位、流量以及壓力傳感器，在信號調(diào)理電路的作用下，完成設(shè)計好數(shù)據(jù)采集模塊、繼電器模塊、交流電輸出控制電路等設(shè)計，然后在PC104總線的作用下完成嵌入式中央處理器模塊設(shè)計，然后經(jīng)過顯示驅(qū)動電路的作用，就可以順利將所收集到的信息真實在LED顯示屏上。在這些構(gòu)件中，信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集起到參數(shù)采集與變換處理的作用；中央處理器則是在PC104總線的作用下進(jìn)行傳感信號收集，且在PC104總線的作用下，可以全面監(jiān)測各個參數(shù)值的情況，并強(qiáng)化動態(tài)監(jiān)測的體現(xiàn)，然后，還可以將這些參數(shù)存儲到固定設(shè)備中，滿足實際運行需求。同時，對于中央處理器來說，可以通過分析傳感器數(shù)據(jù)了解繼電器實際動作，并在繼電器控制的作用下完成交流電輸出等，這樣就可以實現(xiàn)對電磁閥的控制，進(jìn)而實現(xiàn)廢氣處理控制；同樣，在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)顯示模塊的責(zé)任則是完成來自中央處理器數(shù)據(jù)的譯碼，然后促進(jìn)LED將相關(guān)數(shù)據(jù)信息展示出來[2]。總的來說，不同的構(gòu)件有著不同的作用，缺少了其中任何一個都無法完成廢氣自動化處理。

1.2 硬件選型

為做好廢氣處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計，在硬件選型階段，一定要加強(qiáng)以方案設(shè)計的聯(lián)系，通常情況下，在數(shù)據(jù)采集模塊中主要應(yīng)用的硬件為EAD1612，之所以選用該硬件，與其為中速A/D模塊有關(guān)，這樣就可以將PC104和中央處理器連接在一起，共同構(gòu)成高性能采集與控制系統(tǒng)。通過對A/D模塊的研究可以發(fā)現(xiàn)，它主要依靠12位逐次逼近變換器工作，在該變換器的作用下，吞吐量較大，最低可以達(dá)到100000個/s[3]。

如在數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計中，不僅要加強(qiáng)溫度傳感設(shè)計，還要做好液位電信號輸入設(shè)計，在實際設(shè)計的過程中，首先應(yīng)聯(lián)系實際情況選擇合適的檢測儀表，儀表選擇情況如何將直接影響到廢氣處理自動化系統(tǒng)的運行情況。在選擇PH檢測設(shè)備的過程中，可以將電位測量法應(yīng)用進(jìn)來，了解電極電位實際情況，獲得相應(yīng)的參數(shù)；在溫度傳感器選擇的過程中，最好選擇LT/W型檢測設(shè)備，該設(shè)備主要構(gòu)成部分為鉑電阻，其電阻值受溫度影響較大，但其具有良好的傳輸效果，傳輸精度也很高。在選擇液位儀的過程中，最好選擇超聲波液位儀，應(yīng)用這種液位儀不僅可以降低測量誤差，還能保證輸出電流信號標(biāo)準(zhǔn)。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，這種液位儀被應(yīng)用以后，測量誤差最大不超過1%，基本接近于真實情況，這樣一來的設(shè)計與設(shè)計要求基本相符，可以有效提升廢氣處理自動控制能力[4]。

在基于嵌入式設(shè)計的廢氣處理自動控制系統(tǒng)硬件選型中，繼電器部分是在PC104總線的基礎(chǔ)上得來的，它可以與中央處理區(qū)實現(xiàn)棧接，這樣一來，中央處理器也可以順利完成繼電器控制，實現(xiàn)繼電器電路輸出等，不僅可以完成電磁閥控制，還能有效強(qiáng)化系統(tǒng)自動控制能力[5]。

2 參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)

該部分是基于嵌入式設(shè)計的廢氣處理自動控制系統(tǒng)的要點，在該部分中主要應(yīng)用了Vortex86SX-6154，它的應(yīng)用不僅可以順利完成信號采集與樣本收集，還能強(qiáng)化數(shù)據(jù)處理。要做好參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)從以下幾方面入手：

2.1 信號調(diào)理電路

它主要負(fù)責(zé)傳感器信號的調(diào)整與轉(zhuǎn)換，其要義是讓傳感器信號與A/D模塊輸入要求相吻合，一般情況下，傳感器信號所需的電流在4-20mA之間，那么在利用A/D模塊做轉(zhuǎn)換的過程中就要先完成電壓信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方式如圖1所示[6]。

在上圖1中，R1是傳感信號輸出電阻，C1具有信號濾波的能力，要促進(jìn)信號轉(zhuǎn)換，在實際利用的過程中，還要應(yīng)用信號變換公式，以此完成信號轉(zhuǎn)換等工作。公式如下：

U1=I1*R1*

其中，代表是的電壓放大倍數(shù)，如果要讓電壓放大倍數(shù)發(fā)生變化，就需要變化R4。在實際設(shè)計中，為保證實際設(shè)計效果，可以將三極管應(yīng)用進(jìn)來，最好選擇PNP型三極管，隨著它的應(yīng)有可以有效增強(qiáng)輸出能力，保證電壓始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，這樣就可以滿足實際要求。

2.2 數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動電路

在嵌入式廢氣處理自動控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動電路主要承擔(dān)著譯碼的任務(wù)，但僅限于來自中央處理器的數(shù)據(jù)，然后在以動態(tài)的形式將這些數(shù)據(jù)顯示出來。一般情況下，在驅(qū)動芯片上的數(shù)據(jù)基本都以位譯碼或段譯碼的形式展示出來，最多可顯示7段8位碼[7]。為防止數(shù)碼管電流過高，有必要將二極管應(yīng)用其中，以此延長數(shù)碼管運行時間，同時為避免噪音存在給電路帶來的不利影響，可以在驅(qū)動電路輸入端應(yīng)用旁路電容，這樣可以最大程度的減少噪音。此外，在數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動電路設(shè)計的過程中，還要做好防護(hù)設(shè)計，保護(hù)電路在正常使用的過程中不會受到外界因素的不利影響，只有這樣才能實現(xiàn)其應(yīng)有價值，最大程度的實現(xiàn)處理作用。

3 軟件設(shè)計

在嵌入式廢氣處理自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，多采用模塊化設(shè)計，其作用是保證軟件具有良好的移植性與維護(hù)性。為做好軟件設(shè)計，有必要將Turbo C語言應(yīng)用其中，主要用于傳感器自動標(biāo)定與監(jiān)控設(shè)計，以此強(qiáng)化控制系統(tǒng)的抗干擾能力，實現(xiàn)軟件設(shè)計應(yīng)有作用。在軟件設(shè)計的過程中還要注意先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，為保證廢氣處理自動系統(tǒng)能夠發(fā)揮應(yīng)有作用，相關(guān)設(shè)計人員在設(shè)計中一定要注意現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，提高設(shè)計能力，只有這樣才能保證設(shè)計完整。

3.1 抗干擾設(shè)計

通過研究變換采集通道可以發(fā)現(xiàn)，很多開關(guān)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，很容易出現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)振動，這種情況的出現(xiàn)意味著出現(xiàn)了干擾，為減少這種情況的出現(xiàn)，在正式設(shè)計前就要通過空循環(huán)的方式減少開關(guān)振動等。在這一過程中，一定要做好數(shù)據(jù)數(shù)字濾波，在數(shù)字濾波中，擁有多種濾波方法，在實際設(shè)計中最好采用防脈沖干擾濾波法，之所以采用這種方法主要是由于它既有均值濾波的優(yōu)點，又有中值濾波的優(yōu)點，將其應(yīng)用到軟件設(shè)計中可以最大程度的減少外界干擾，能夠有效提升軟件的抗干擾能力[8]。同時，還可以將現(xiàn)代具有良好抗干擾能力的設(shè)備應(yīng)用進(jìn)來，但在實際利用的過程中一定要注意與設(shè)備實際情況的聯(lián)系，避免將其應(yīng)用以后影響系統(tǒng)正常運行，只有應(yīng)用正確的技術(shù)才能實現(xiàn)最大價值，降低由此帶來的不利損失。隨著這種抗干擾技術(shù)的利用，不僅可以先完成采集數(shù)據(jù)之間的對比，還能計算出數(shù)據(jù)平均值等，進(jìn)而為強(qiáng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性，做好軟件設(shè)計奠定基礎(chǔ)，同時在該軟件中還具有良好的開機(jī)自檢能力與自恢復(fù)能力，這些都為誒強(qiáng)化抗干擾設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

3.2 軟件流程設(shè)計

在嵌入式廢氣處理自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計中，流程設(shè)計是不可忽視的一部分，要做好軟件流程設(shè)計，應(yīng)構(gòu)建軟件流程設(shè)計圖，并有步驟有計劃的開展設(shè)計工作，如從系統(tǒng)初始化設(shè)計開始，促進(jìn)系統(tǒng)自我檢測，然后開啟電磁閥，實現(xiàn)加液，看是否存在有擊鍵信號，如果存在，那么就逐一關(guān)閉電磁閥，直到全部關(guān)閉為主；如果不存在，那么就要選擇合適的通道，強(qiáng)化A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換結(jié)束以后立即獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，且測試數(shù)字濾波；若未能完成轉(zhuǎn)換，就要檢查所有傳感器信號是否進(jìn)行了采集工作，若完成了采集，便可標(biāo)度物理量，再將譯碼在LED屏上顯示出來，在這一過程中注意液位狀況，如果液位在55cm以上，便關(guān)閉電磁閥，如果未能關(guān)閉，便看開始計時輸液，時間控制在60分鐘左右，然后完成參數(shù)數(shù)據(jù)存儲，在開啟電磁閥以前，還要了解其實際溫度，溫度最高不超過35攝氏度[9]。并要求所有人員都要按照既定規(guī)定涉及，如果在設(shè)計中出現(xiàn)違規(guī)行為，就要采取一定的懲罰措施，只有按照該流程設(shè)計，才能順利完成軟件設(shè)計，滿足實際設(shè)計需求，真正發(fā)揮廢氣處理自動化系統(tǒng)應(yīng)有作用。

3.3 數(shù)據(jù)保存設(shè)計

在基于嵌入式設(shè)計的廢氣處理自動控投入使用的過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生大量監(jiān)測參數(shù)，這也是用于廢氣處理工程性能檢測的重要依據(jù)，所以，就要做好這部分?jǐn)?shù)據(jù)的保存。在數(shù)據(jù)保存設(shè)計中應(yīng)做到實時保存，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，最好每隔10s自動存儲一次，也就是實現(xiàn)自動存儲設(shè)計，同時也應(yīng)做好自動改寫程序設(shè)計，將所有數(shù)據(jù)及時存儲到相應(yīng)的設(shè)備中，如內(nèi)存卡等，以備日后檢查使用。通過這樣的設(shè)計，不僅降低了數(shù)據(jù)設(shè)計難度，還便于攜帶或外出使用，極大的滿足了實際設(shè)計需求。

4 結(jié)語

通過以上研究得知，在基于嵌入式設(shè)計的廢氣處理自動控制系統(tǒng)中，一定要做好小巧設(shè)計，強(qiáng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，且加強(qiáng)自動化設(shè)計，在需要系統(tǒng)升級的階段，系統(tǒng)便可自行升級，同時，還要做好抗干擾設(shè)計，保證系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。為確保嵌入式設(shè)計，應(yīng)多次到現(xiàn)場調(diào)試，只有這樣才能最大程度的體現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計性能，滿足實際設(shè)計需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉良.基于嵌入式DSP的光電平臺圖像自動調(diào)焦控制系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù)，2014（07）：64-66+72.

[2]郭健，孫青，黃霞.基于嵌入式控制系統(tǒng)的視覺導(dǎo)引自動小車設(shè)計[J].測控技術(shù)，2012（07）：38-41+49.

[3]高超，單偉.基于嵌入式控制器的自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2012（08）：23-30.

[4]趙偉，韋永斌.基于嵌入式系統(tǒng)的施工升降機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2012（21）：52-54.

[5]賈永剛，程志勇，郭銳，宋立博.配網(wǎng)導(dǎo)線自動清洗機(jī)器人嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計與實驗研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2016（07）：220-224.

[6]付正森.基于嵌入式系統(tǒng)的施工升降機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（05）：2+5.

[7]王耀南，申永鵬，孟步敏，李會仙，袁小芳.車用汽油發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與展望[J].控制理論與應(yīng)用，2015（04）：432-447.

[8]周小鳳.電石爐電極升降的嵌入式自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015（03）：22-24.

[9]張建波，殷群.嵌入式太陽能光伏發(fā)電自動跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報，2010（03）：247-249.