專利名稱：大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀中基于計算機的雙cpu控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀的控制裝置，具體是大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀中基于計算機的雙CPU控制器。
背景技術(shù)：
目前大氣顆粒物監(jiān)測儀器主要有美國Andersen公司240型雙通道采樣器，美國API公司的BAM1020型β射線測塵儀，以及美國Rupprecht & Patashnick公司的TEOM1400A型大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀，武漢天虹智能儀表廠生產(chǎn)的TH系列的110B或150C(或A)型空氣總懸浮微粒采樣器以及青島嶗山電子儀器總廠的KC系列的大氣連續(xù)采樣器。其中顆粒物的質(zhì)量分析采用稱重方法的儀器有Andersen公司的儀器、武漢天虹和青島嶗山的儀器。這些儀器都利用濾膜采集大氣顆粒物，它們的工作過程都是在采集顆粒物的工作完成后用手工取下濾膜組件(或濾膜)再進行稱重，無法實現(xiàn)連續(xù)采樣過程的自動化。而對大氣環(huán)境進行監(jiān)測尤其是像大氣環(huán)境監(jiān)測站這類地方又必須要求實現(xiàn)常年的大氣質(zhì)量，包括顆粒物的質(zhì)量的監(jiān)測。對于顆粒物的監(jiān)測，應該說，用稱重的方法是最直觀，沒有中間轉(zhuǎn)換誤差的方法，可是手動的操作法妨礙了這一方法的實際應用。要實現(xiàn)自動化，就會有許多執(zhí)行機構(gòu)的控制問題。諸如自動抽氣、自動稱重之問的工作循環(huán)控制、或自動抽氣、自動稱重、自動換膜、濾膜組件的毛重稱重、自動抽氣的工作循環(huán)控制；以及采樣數(shù)據(jù)的處理、判別、以及數(shù)據(jù)的輸出等等工作，這就需要有這樣一個能對顆粒測定儀進行上述控制的控制器，本發(fā)明就是為這一要求服務的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對目前稱重法必須手動稱重的缺點，提供一種大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀中基于計算機的雙CPU控制器，實現(xiàn)從顆粒物采樣到稱重控制、數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示以及自動換膜控制、與傳感器(電子天平)或外部PC機的通訊的全自動化過程。
如圖1所示，本發(fā)明的大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀中基于計算機的雙CPU控制器包括——主CPU控制模塊，用于處理數(shù)據(jù)和控制鍵盤，與副CPU之間進行信息交換，控制串行模塊和并行模塊的工作；——副CPU控制模塊，用于控制顆粒物檢測儀中抽氣機、濾膜組件、其他執(zhí)行機構(gòu)，檢測現(xiàn)行工作狀態(tài)并與主CPU通訊；——并行接口擴展模塊，用于存儲數(shù)據(jù)，打印以及顯示接口的擴展；——串行口切換模塊，用于主CPU與副CPU、電子天平、PC機之間通訊的切換及通訊。
其工作原理如下如圖1所示，通過主、副單片機的分工管理，即主單片機負責顆粒物質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、分析、處理、存儲、顯示、鍵盤控制等功能；副單片機主要負責機械控制，實現(xiàn)大氣顆粒物自動分析儀的采樣、自動稱重、自動換膜等功能；并通過多路串口分配器實現(xiàn)主CPU與副CPU、傳感器、外部PC機進行信息交換，通過并行接口擴展實現(xiàn)儲存、打印和顯示等功能。
圖2所示的主CPU控制模塊中，P0口用于獲得鍵盤的輸入信息，P1口與平行擴展模塊交換信息，并通過平行擴展模塊控制主CPU的顯示、打印，P2口作為主顯示器、并行口和存儲器的控制通路。主CPU的串行信號TXD/RXD與串行切換模塊的相應端口進行串行信息的交換，并通過串行切換模塊的模擬開關(guān)和電平轉(zhuǎn)塊實現(xiàn)與副CPU、重量傳感器、外部PC機進行信息的交換。
圖3所示的副CPU模塊中的P0口作為副顯示器的數(shù)據(jù)端口，P1、P2、P3口作為對電機、外部執(zhí)行機構(gòu)的控制端口并通過從外部讀取被控對象的狀態(tài)信息和光電定位信息，通過編碼器編碼作為對外部執(zhí)行機構(gòu)進行控制的依據(jù)。
圖4所示的平行擴展模塊中，數(shù)據(jù)端口D傳送主CPU數(shù)據(jù)信息，PA口傳送主顯示器的顯示信息和存儲器的地址信息，PB口傳送打印信息，PC口既傳輸存儲器的地址信息又用來傳輸存儲數(shù)據(jù)信息。
圖5所示的串行擴展口中，主CPU的信息通過控制信號(SWITH)經(jīng)地址選通通信對象，通過模擬開關(guān)實現(xiàn)主CPU與副CPU之間的通信或再通過串行口轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)主CPU與傳感器、或外部PC機之間的通信。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.實現(xiàn)了稱重法分析大氣顆粒物的自動化，消除了因手動稱重操作帶來的人為誤差；2.雙CPU控制器的模塊化設(shè)計使每個功能實現(xiàn)得到保證，且簡化了相應的軟件設(shè)計，使被控對象的工作可靠性和穩(wěn)定性得到提高；3.串行口的數(shù)據(jù)交換功能擴展的實現(xiàn)為大氣環(huán)境監(jiān)測的網(wǎng)絡化提供了可能性；4 利用工位定位、工位狀態(tài)判別連用的方法，使儀器工作可靠性得到進一步提高；5 本控制器適應性強，還可以應用到其他的檢測儀器上。


圖1是本發(fā)明的基于微型計算機雙CPU的控制器框圖；圖2是主CPU控制模塊；圖3是副CPU控制模塊；圖4是并行接口擴展模塊；圖5是串行口切換模塊；圖6是實例電路系統(tǒng)框圖；圖7是主程序流程圖；圖8是副CPU控制流程圖；圖9為主CPU發(fā)送數(shù)據(jù)到賽多利斯電子天平流程圖；圖10是主CPU接收來自賽多利斯天平的數(shù)據(jù)流程圖。
具體實施例方式
圖6是本控制器用于DJ3-1型雙通道六工位自循環(huán)大氣顆粒物檢測儀的實例。圖7是主CPU流程圖，圖8是副CPU控制流程圖。主、副CPU分別使用了AT89c55和AT89c52單片機。在電路系統(tǒng)框圖(說明書附圖)上的天平接口接入德國賽多利斯0.01mg的211D型微量天平，在電機控制接口接入伺服電機的控制線路板分別實現(xiàn)對4個電機的控制，步進電機接口接入SH20803型驅(qū)動器，通過驅(qū)動器實現(xiàn)SERVO公司型號為KH56JM-803步進電機的控制，在各微動開關(guān)和保險開關(guān)，接入執(zhí)行機構(gòu)如抽氣氣密控制機構(gòu)、轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)位機構(gòu)、上、下料機構(gòu)的工作狀態(tài)，和工位1的超程保險信號、工位2的升降保險、定位保險信號；在打印機接口接入SIUPO型的微型打印機；鍵盤接口上接入九鍵鍵盤、主LCD接口接入型號為TGP004A的點陣字符型4行*LCD；副LCD接口接上型號為TGP004A的點陣字符型2行*LCD；光電定位信號接口接入六工位的光電定位器信息。具體的接線如下主CPU控制模塊如圖2所示，主CPU控制模塊中，CPU的P00～P056根信號線作為鍵盤的2行和4列的鍵盤掃描線，P06、P07作為數(shù)據(jù)存儲芯片AT28C64B的RDY/Busy-M和CE-M信號線。P10～P17與并行接口擴展模塊的8255A以雙工方式傳遞數(shù)據(jù)；P20～P22作為LCD1的控制總線(RS，RW，E)，P23～P25作為存儲器的控制總線(EN，OE)，P26～P27作為8255通道選擇信號線(A0，A1)。RXD和TXD與串口的傳輸和接收相連，INT0和INT1作為串口中的模擬開關(guān)Max309(U1)的SWITCH0、SWITCH1地址選通信號(A0、A1)。CPU的讀寫信號RD和WR與并行接口擴展模塊8255A的讀寫信號RD與WR相接。T0引腳作為打印機的選通信號，T1作為打印機的BUSY信號，主CPU定時器0在初始化中作為鍵盤掃描時間(10ms)的定時器用，定時器1產(chǎn)生時鐘脈沖信號，定時器2為串行的通訊時的波特率控制。
副CPU控制模塊副CPU控制模塊如圖3所示，CPU使用AT89C52單片機，各控制任務信號如下P00-P07作為LCD2的數(shù)據(jù)線；P25、26、27作為LCD2的控制線；P10-P17、P20、P21、P22作為電機的控制總線；P34(T0)、P35(T1)、P36(RD)、P37(WD)、INT0、INT1作為六工位的位置檢測線；
RXD和TXD作為與主CPU的握手信號線；JP5、JP6、JP4是外部輸入信號插口JP5是六工位中的狀態(tài)檢測信號，信號經(jīng)U10(74HC148)編碼器編碼后得到U10的B、A、C信號，當有編碼信號時GS端輸出低電平，并且作為編碼器的中斷信號端，E0作為擴充信號端。JP60、JP61、JP63～JP66是6個工位光電定位信號，這些信號經(jīng)比較器整形后的輸出，成為JP4相應的信號，這些信號進入編碼器U9(74HC148)后，編碼為B、A、C信號。并分別與JP5編碼輸出信號(B、A、C，E0、GS)相與后送到副CPU的P34、P35、P36、P37、INT1重新編碼作為下一步執(zhí)行機構(gòu)動作的控制信號。
JP7是工位1、2、3的保險信號輸入口，當工位1(或工位2)的狀態(tài)開關(guān)被壓下時P23(或P24)電位由高電平變?yōu)榈碗娖?，同時INT0也由高電平變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)CPU中斷，使副CPU控制工位1的執(zhí)行機構(gòu)處于非氣密狀態(tài)(或允許副CPU控制轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)位)；當工位3的狀態(tài)開關(guān)被壓下時P17由高電平變?yōu)榈碗娖?，通知CPU工位3執(zhí)行機構(gòu)完成動作。
并行接口擴展模塊如圖4所示。并行口功能擴展線路中PA0～PA7作為顯示器(LCD1)D0~7的信號，同時也通過總線驅(qū)動器U6(74HC373)作為存儲器U4(AT2864B)的地址信號，PB0～PB7作為打印機數(shù)據(jù)信號，但打印選通信號直接由CPU給出。此外PC0~7的信號既作為數(shù)據(jù)信號與存儲器的DQ0～DQ7相連，也可經(jīng)總線驅(qū)動U7(74HC373)與存儲器及存儲器地址線A0～A7相連，但作為存儲器的信號時，存儲器的相應信號則直接與主CPU的WE-M、CE-M和RDY/Busy、OE_M相連。
串行口切換模塊串行接口線路如圖4所示。功能有三個，一是與副CPU通訊，另一是與PC機通訊，第三個是主CPU與微量天平之間的通訊，它們是通過模擬開關(guān)U1(MAX309CPE)SWITCH0，SWITCH1的選通來決定的，SWITCH0，SWITCH1，通道選擇分配表1
表1

主、副CPU的串行通訊主CPU串行口RXD和TXD信號是經(jīng)U1中S1A、S1B引腳與J8和J3跳線插口連接。
主CPU和電子天平的串行通訊主CPU發(fā)出的TXD信號經(jīng)S2B與串口電平轉(zhuǎn)換器U2(MAX232CPE)的T1IN相接，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為T10UT與天平串行接口插座J12相接作為天平的RXD對應信號。天平發(fā)出的TXD信號經(jīng)J13腳連接到R1IN經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后通過R10UT接到模擬開關(guān)的S2A作為主CPU的RXD信號。
主CPU與PC機通訊S3B作為主CPU的TXD信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器(T2IN-T20UT)，同樣，J23作為PC機的TXD信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器(R2IN和R20UT)與CPU的RXD信號相接。
串行口切換模塊與賽多利斯電子天平通訊實例當串行口切換模塊的SWITCH0，SWITCH1設(shè)為1，0時，賽多利斯電子天平與控制器以軟件通信方式實現(xiàn)通信。參數(shù)設(shè)定如表2表2

將賽多利斯的奇偶位作為第8位數(shù)據(jù)位傳輸，單片機接收后檢測第8位是否為低電平，如果是，則提取前7位，作為接收的數(shù)據(jù)。而單片機發(fā)送到賽多利斯的指令中每個字符的第八位均為低電平，剛好滿足賽多利斯空格校正的要求。
單片機按照軟件握手時的規(guī)定發(fā)送指令，發(fā)送完命令后立即變?yōu)榻邮諗?shù)據(jù)狀態(tài)，由于傳送的是字符串，所以一般在接收時，采用循環(huán)方式，一邊檢測每個字符的第八位是不是低電平，一邊檢測是否出現(xiàn)字符0x0a，當出現(xiàn)第八位不是低電平時，宣布該數(shù)據(jù)無效，并要求重發(fā)；直至出現(xiàn)0x0a字符時數(shù)據(jù)接收完畢。字符串經(jīng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字后得到所測的數(shù)據(jù)。圖9為主CPU發(fā)送數(shù)據(jù)流程，圖10是主CPU接收數(shù)據(jù)流程圖。
工位信號檢測實例六工位位置的判別由安裝于濾膜轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)中心后端的六個光電定位器進行。當轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)至某個工位時相對應的定位器發(fā)出定位信號。該信號送至JP6插座分別對應于JP60-JP67(其中二條線留用)，經(jīng)比較器U100和U200(LM339)整形后作為JP40～JP47信號，分別送至編碼器U9(74HC148)，經(jīng)編碼后作為C、B、A(A2、A1、A0)信號與工位狀態(tài)檢測信號的編碼(通過編碼器U10的編碼)的相應信號相與，作為副CPU的T1、T10和WR端的引入信號(P36、P35、P34)。這三個信號作為I/O信號使用，其對應的真值表如表3表3

上述實例已經(jīng)經(jīng)過幾個月的運行試驗，結(jié)果表明該控制器能有效的控制六工位大氣顆粒物監(jiān)測儀的工作，性能穩(wěn)定、可靠。
權(quán)利要求
1.一種大氣環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀中基于計算機的雙CPU控制器，其特征在于包括——主CPU控制模塊，用于處理數(shù)據(jù)和控制鍵盤，與副CPU之間進行信息交換，控制串行模塊和并行模塊的工作；——副CPU控制模塊，用于控制顆粒物檢測儀中抽氣機和濾膜組件，檢測現(xiàn)行工作狀態(tài)并與主CPU通訊；——并行接口擴展模塊，用于存儲數(shù)據(jù)，打印以及顯示接口的擴展；——串行口切換模塊，用于主CPU與副CPU、電子天平、PC機之間通訊的切換及通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙CPU控制器，其特征在于所述主CPU控制模塊中，P0口用于獲得鍵盤的輸入信息，P1口與平行擴展模塊交換信息，并通過平行擴展模塊控制主CPU的顯示、打印，P2口作為主顯示器、并行口和存儲器的控制通路；主CPU的串行信號TXD/RXD與串行切換模塊的相應端口進行串行信息的交換，并通過串行切換模塊的模擬開關(guān)和電平轉(zhuǎn)換實現(xiàn)與副CPU、傳感器、外部PC機進行信息的交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙CPU控制器，其特征在于所述副CPU模塊中，P0口作為副顯示器的數(shù)據(jù)端口，P1、P2、P3口作為對電機、外部執(zhí)行機構(gòu)的控制端口并從外部讀取被控對象的狀態(tài)信息和光電定位信息，通過編碼器編碼作為對外部執(zhí)行機構(gòu)進行控制的依據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙CPU控制器，其特征在于所述平行擴展模塊中，數(shù)據(jù)端口D傳送主CPU數(shù)據(jù)信息，PA口傳送至主顯示器的顯示信息和存儲器的地址信息，PB口傳送打印信息，PC口既傳輸存儲器的地址信息又用來傳輸存儲數(shù)據(jù)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙CPU控制器，其特征在于所述串行擴展口中，主CPU的信息通過控制信號(SWITH)經(jīng)地址選通通信對象，通過模擬開關(guān)實現(xiàn)主CPU與副CPU之間的通信或再通過串行口轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)主CPU與PC機、或傳感器之間的通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及大氣顆粒物自動檢測技術(shù)中專門針對顆粒檢測儀的控制器。它主要由主CPU機控制模塊，副CPU控制模塊，并行接口擴展模塊，串行口切換模塊組成。主CPU控制模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理、鍵盤的控制、與副CPU之間的信息交換、控制串行口切換模塊和并行接口擴展模塊的工作。副CPU控制模塊主要實現(xiàn)顆粒物檢測儀中抽氣機的工作控制、濾膜組件的氣密控制和上、下料控制、現(xiàn)行工作狀態(tài)檢測以及與主CPU的通訊。并行接口擴展模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、打印以及顯示等接口的擴展。串行接口模塊實現(xiàn)主CPU與副CPU、電子天平、PC機之間的通訊的切換及通訊功能。
文檔編號G06F19/00GK1773242SQ200510036970
公開日2006年5月17日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者黃林海, 楊冠玲, 何振江, 黎國鋒, 李豐果, 韓鵬, 張展毅 申請人:華南師范大學