基于嵌入式設計的廢氣處理自動控制系統研究

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，還能實現生態環境保護。在科學技術的影響下，嵌入式設計被應用到廢氣處理中，實現了自動控制，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設計，本文認為應從方案設計、硬件選型、參數監測子系統以及軟件設計等部分著手。

關鍵詞：嵌入式；廢氣處理；自動控制系統

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

廢氣處理自動控制系統的實現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據采集，實現動態管理。在廢氣處理自動控制系統中，最重要的部分為參數監測字系統，同時也包括硬件與軟件設計。因此，有必要對基于嵌入式設計的廢氣處理自動控制系統展開研究。

1 方案設計與硬件選型

1.1 方案設計

廢氣存在之處環境相對惡劣，要做好廢氣處理系統設計，應滿足以下幾點要求：

（1）自動化，在廢氣產生以后能夠自動收集與處理；（2）精準化與抗干擾性；（3）動態性與保存性，能夠根據現場實際情況將重要信息保存下來；（4）校準性與擴展性，在實際設計的過程中，一定要強化擴展性，促進系統升級。同時，廢氣處理自動控制系統還要做到體積小、高可靠性[1]。

在正式設計以前應繪制好系統硬件原理圖，首先設計好溫度、液位、流量以及壓力傳感器，在信號調理電路的作用下，完成設計好數據采集模塊、繼電器模塊、交流電輸出控制電路等設計，然后在PC104總線的作用下完成嵌入式中央處理器模塊設計，然后經過顯示驅動電路的作用，就可以順利將所收集到的信息真實在LED顯示屏上。在這些構件中，信號調理與數據采集起到參數采集與變換處理的作用；中央處理器則是在PC104總線的作用下進行傳感信號收集，且在PC104總線的作用下，可以全面監測各個參數值的情況，并強化動態監測的體現，然后，還可以將這些參數存儲到固定設備中，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據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，這樣就可以實現對電磁閥的控制，進而實現廢氣處理控制；同樣，在該系統中，數據顯示模塊的責任則是完成來自中央處理器數據的譯碼，然后促進LED將相關數據信息展示出來[2]。總的來說，不同的構件有著不同的作用，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設計，在硬件選型階段，一定要加強以方案設計的聯系，通常情況下，在數據采集模塊中主要應用的硬件為EAD1612，之所以選用該硬件，與其為中速A/D模塊有關，這樣就可以將PC104和中央處理器連接在一起，共同構成高性能采集與控制系統。通過對A/D模塊的研究可以發現，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，最低可以達到100000個/s[3]。

如在數據采集模塊設計中，不僅要加強溫度傳感設計，還要做好液位電信號輸入設計，在實際設計的過程中，首先應聯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的運行情況。在選擇PH檢測設備的過程中，可以將電位測量法應用進來，了解電極電位實際情況，獲得相應的參數；在溫度傳感器選擇的過程中，最好選擇LT/W型檢測設備，該設備主要構成部分為鉑電阻，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準。通過實驗研究發現，這種液位儀被應用以后，測量誤差最大不超過1%，基本接近于真實情況，這樣一來的設計與設計要求基本相符，可以有效提升廢氣處理自動控制能力[4]。

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

2 參數監測子系統

該部分是基于嵌入式設計的廢氣處理自動控制系統的要點，在該部分中主要應用了Vortex86SX-6154，它的應用不僅可以順利完成信號采集與樣本收集，還能強化數據處理。要做好參數監測子系統設計，應從以下幾方面入手：

2.1 信號調理電路

它主要負責傳感器信號的調整與轉換，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模塊做轉換的過程中就要先完成電壓信號轉換，轉換方式如圖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，要促進信號轉換，在實際利用的過程中，還要應用信號變換公式，以此完成信號轉換等工作。公式如下：

U1=I1*R1*

其中，代表是的電壓放大倍數，如果要讓電壓放大倍數發生變化，就需要變化R4。在實際設計中，為保證實際設計效果，可以將三極管應用進來，最好選擇PNP型三極管，隨著它的應有可以有效增強輸出能力，保證電壓始終處于穩定運行狀態，這樣就可以滿足實際要求。

2.2 數據顯示驅動電路

在嵌入式廢氣處理自動控制系統中，數據顯示驅動電路主要承擔著譯碼的任務，但僅限于來自中央處理器的數據，然后在以動態的形式將這些數據顯示出來。一般情況下，在驅動芯片上的數據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]。為防止數碼管電流過高，有必要將二極管應用其中，以此延長數碼管運行時間，同時為避免噪音存在給電路帶來的不利影響，可以在驅動電路輸入端應用旁路電容，這樣可以最大程度的減少噪音。此外，在數據顯示驅動電路設計的過程中，還要做好防護設計，保護電路在正常使用的過程中不會受到外界因素的不利影響，只有這樣才能實現其應有價值，最大程度的實現處理作用。

3 軟件設計

在嵌入式廢氣處理自動控制系統的軟件設計中，多采用模塊化設計，其作用是保證軟件具有良好的移植性與維護性。為做好軟件設計，有必要將Turbo C語言應用其中，主要用于傳感器自動標定與監控設計，以此強化控制系統的抗干擾能力，實現軟件設計應有作用。在軟件設計的過程中還要注意先進技術的應用，為保證廢氣處理自動系統能夠發揮應有作用，相關設計人員在設計中一定要注意現代科學技術的應用，提高設計能力，只有這樣才能保證設計完整。

3.1 抗干擾設計

通過研究變換采集通道可以發現，很多開關處于穩定狀態下，很容易出現采樣數據振動，這種情況的出現意味著出現了干擾，為減少這種情況的出現，在正式設計前就要通過空循環的方式減少開關振動等。在這一過程中，一定要做好數據數字濾波，在數字濾波中，擁有多種濾波方法，在實際設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點，又有中值濾波的優點，將其應用到軟件設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，還可以將現代具有良好抗干擾能力的設備應用進來，但在實際利用的過程中一定要注意與設備實際情況的聯系，避免將其應用以后影響系統正常運行，只有應用正確的技術才能實現最大價值，降低由此帶來的不利損失。隨著這種抗干擾技術的利用，不僅可以先完成采集數據之間的對比，還能計算出數據平均值等，進而為強化系統穩定性，做好軟件設計奠定基礎，同時在該軟件中還具有良好的開機自檢能力與自恢復能力，這些都為誒強化抗干擾設計奠定了基礎。

3.2 軟件流程設計

在嵌入式廢氣處理自動控制系統軟件設計中，流程設計是不可忽視的一部分，要做好軟件流程設計，應構建軟件流程設計圖，并有步驟有計劃的開展設計工作，如從系統初始化設計開始，促進系統自我檢測，然后開啟電磁閥，實現加液，看是否存在有擊鍵信號，如果存在，那么就逐一關閉電磁閥，直到全部關閉為主；如果不存在，那么就要選擇合適的通道，強化A/D轉換，在轉換結束以后立即獲取相關數據，且測試數字濾波；若未能完成轉換，就要檢查所有傳感器信號是否進行了采集工作，若完成了采集，便可標度物理量，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，便關閉電磁閥，如果未能關閉，便看開始計時輸液，時間控制在60分鐘左右，然后完成參數數據存儲，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定涉及，如果在設計中出現違規行為，就要采取一定的懲罰措施，只有按照該流程設計，才能順利完成軟件設計，滿足實際設計需求，真正發揮廢氣處理自動化系統應有作用。

3.3 數據保存設計

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

4 結語

通過以上研究得知，在基于嵌入式設計的廢氣處理自動控制系統中，一定要做好小巧設計，強化系統的穩定性與可靠性，且加強自動化設計，在需要系統升級的階段，系統便可自行升級，同時，還要做好抗干擾設計，保證系統始終處于穩定運行狀態。為確保嵌入式設計，應多次到現場調試，只有這樣才能最大程度的體現系統設計性能，滿足實際設計需求。

參考文獻：

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

[2]郭健，孫青，黃霞.基于嵌入式控制系統的視覺導引自動小車設計[J].測控技術，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設計[J].電子工業專用設備，2012（08）：23-30.

[4]趙偉，韋永斌.基于嵌入式系統的施工升降機自動控制系統設計[J].制造業自動化，2012（21）：52-54.

[5]賈永剛，程志勇，郭銳，宋立博.配網導線自動清洗機器人嵌入式控制系統設計與實驗研究[J].科學技術與工程，2016（07）：220-224.

[6]付正森.基于嵌入式系統的施工升降機自動控制系統設計[J].數字技術與應用，2016（05）：2+5.

[7]王耀南，申永鵬，孟步敏，李會仙，袁小芳.車用汽油發動機電子控制系統研究現狀與展望[J].控制理論與應用，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設計[J].包頭職業技術學院學報，2015（03）：22-24.

[9]張建波，殷群.嵌入式太陽能光伏發電自動跟蹤控制系統設計[J].桂林電子科技大學學報，2010（03）：247-249.