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          基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在線磷酸根離子監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2010-12-10 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:基于火電廠磷酸根離子在線測(cè)量的精度和穩(wěn)定性需要,該磷酸根離子監(jiān)測(cè)儀是依據(jù)磷釩鉬黃分光光度法原理,采用高性能的微控制器和穩(wěn)定可靠的μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)來(lái)完成在線式磷酸根離子檢測(cè)儀管理控制系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)智能化程度高、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、功耗低、測(cè)量結(jié)果精確可靠,可以滿足火電廠對(duì)水質(zhì)的磷酸根離子含量監(jiān)測(cè)的需要。
          關(guān)鍵詞:磷酸根離子;;嵌入式系統(tǒng);在線測(cè)量

          火力發(fā)電廠和大型工業(yè)鍋爐,通常采用向爐水中添加少量磷酸鹽以防止鈣、鎂水垢的生成,磷酸根濃度不夠,不能有效防止結(jié)垢,磷酸根離子含量過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致?tīng)t水的pH值變高。因此磷酸根離子濃度是爐水檢測(cè)的重要參數(shù)。處理器具備高性能、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn),將其應(yīng)用于在線磷酸根離子分析儀的管理控制系統(tǒng),可以提高磷酸根分析儀的處理速度和精度。

          1 結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理簡(jiǎn)介
          磷酸根離子分析儀整體結(jié)構(gòu)包括光路系統(tǒng)、水路系統(tǒng)和管理控制系統(tǒng)三個(gè)部分。
          光路系統(tǒng)主要包括:專用的單色LED冷光源、比色皿和光電傳感器。
          水路系統(tǒng)由比色皿、柱塞泵、多通道切換閥、流通池、樣水/標(biāo)液切換閥、流量計(jì)、排污閥、溢流管等組成。
          利用化學(xué)吸光法原理,即在一定的酸度下,正磷酸鹽與釩鉬酸作用生成黃色的磷釩鉬酸。此顏色的吸光度與水中正磷酸鹽的濃度符合朗伯一比爾定理,即溶液的吸光度A與溶液的濃度c和液層的厚度L的乘積成正比。
          a.JPG
          式中:A為吸光度;Io為入射光強(qiáng)度;I為透過(guò)光強(qiáng)度;C為有色溶液的濃度;L為溶液的厚度;K為吸光系數(shù)。

          2 管理控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
          在線磷酸根離子分析儀的管理控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),包括以32位的AT91M40800微控制器為核心的核心板電路、控制電路模塊、信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路模塊、電路模塊、通訊電路模塊、人機(jī)接口電路模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位系統(tǒng)電路模塊8個(gè)部分??傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
          b.JPG

          2.1 核心板電路
          核心板電路模塊由嵌入式微控制器AT91M40800及外擴(kuò)存儲(chǔ)器組成。嵌入式微控制器AT91M40800主要用于管理和控制整個(gè)系統(tǒng)。擴(kuò)充了1 MB的RAM,主要用于系統(tǒng)程序運(yùn)行,大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。外擴(kuò)2 MB的FLASH,用作主存儲(chǔ)器,存放系統(tǒng)程序和測(cè)量數(shù)據(jù)。
          2.2 控制電路模塊
          控制電路模塊用和繼電器控制通道切換、樣水/標(biāo)液切換、樣水與試劑柱塞泵注水、攪拌電機(jī)、排污電子閥以及6路超范圍報(bào)警和斷樣報(bào)警。
          (Complex Programmable Logic Device)復(fù)雜可編程邏輯器件,具有編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期短、適用范圍寬、開(kāi)發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、對(duì)設(shè)計(jì)者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)需測(cè)試、保密性強(qiáng)、價(jià)格大眾化等特點(diǎn)。Altera公司MAXⅡ系列EPM240T100芯片具有低成本、高性能的特點(diǎn),采用先進(jìn)的CMOS制作技術(shù),3.3 V供電,并提供600~10000可用邏輯門(mén),引腳延誤速度為4.5 ns,計(jì)算頻率可高達(dá)227.3 MHz。系統(tǒng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)注塞泵的穩(wěn)定精確控制。
          2.3 信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路
          信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路模塊主要用于放大微弱的光電傳感器測(cè)量信號(hào),并通過(guò)AD7714轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主處理器AT91M40800。系統(tǒng)選用 OPA2340單軌至軌運(yùn)算,它具有極低的失調(diào)電壓和偏置電流,具有較高的共模輸入范圍和共模抑制比。A/D轉(zhuǎn)換器件選用適用于低頻測(cè)量應(yīng)用的 AD7714,轉(zhuǎn)換精度高、速度快、編程、接口方便。


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