激光粒度仪嵌入式数据采集系统的设计与实现




介绍

在诸如燃烧工程,化学工业和环境污染物检测的许多领域中,人们将遇到液体喷雾和固体颗粒(例如颗粒尺寸)的问题。测量粒径的方法有很多种::光学法,电子显微镜,静电集尘法,沉淀法,全息法等。其中,基于光散射法的激光粒度分析仪具有非接触,高速,宽测量范围和可靠的数据。它因其良好的可重复性,高度自动化和易于在线测量而被广泛使用[1-2]。

1激光粒度分析仪的基本原理

激光粒度分析仪根据粒子可以散射激光的物理现象测试粒度分布[2]。激光器发射的光束穿过光束扩展器,形成平行准直的相干光束,照射待测颗粒。散射光的强度分布与被照射粒子的直径和测试区域中的粒子数量有关,并且强度分布信息由检测器接收并传输到计算机进行处理。这里的探测器使用32环光电接收阵列,每个环对应一个角度范围,每个环收集的能量是由透镜前方具有相同角度范围的光锥发出的衍射能量,根据32环探测器。收集的数据可以反转待测颗粒的粒径[3-4]。

对于任何给定的粒度分布,将存在相应的独特光能分布,以矩阵形式表示为[4]:

E=TW(1)

其中: E是光能分布,W是体积分布,T是表示每个粒度范围的光能分布的系数,由环形检测器的参数确定。

2系统整体硬件设计

2.1嵌入式系统硬件设计

该系统的硬件由两部分组成:数据采集和主机数据处理。系统框图如图2所示。

数据采集??部分基于微控制器,控制外围电路进行数据采集,负责通过USB与主机通信。其外围元件主要包括环形光电探测器,电信号放大器阵列,多通道选通电路,A/D转换等。

主机数据处理部分采用研华PCM-9581工业控制板,非常适合工业领域的连续运行,具有抗振动,防尘,抗电磁干扰能力强的特点。此外,仪器使用触摸屏实现人机界面的交互。操作员可以直观,方便地操作仪器,控制数据的读取和处理。2.2系统工作概述

32个数据信号加上一个位置调整信号总共有33个光信号。在这些信号被光电探测器转换成33个模拟信号后,它们连接到由5个8对1模拟开关组成的多通道选通脉冲。输入。 USB控制内核通过从0到32递增控制六条地址线的输出,然后控制A/D将选通的模拟信号转换为数字信号并保存,实现模拟信号的顺序选通。转到USB内的FIFO。在收集每组33个数据之后,判断是否获得了主机数据传输请求。如果获得了主机请求,则作为响应,USB核心将收集的数据发送给主机;如果没有获得请求,USB核心控制下一个。收集数据并重新刷新FIFO中的数据。

3嵌入式系统软件设计

系统软件主要包括:数据采集固件程序,主机系统驱动程序和应用程序,以及嵌入式操作系统的定制四部分。

3.1固件程序

程序流程图如图3所示。

3.2司机

CYPRESS的开发套件提供两种软件驱动程序固件驱动程序模板模板,即自动配置和命令配置。这里,自动配置方法可以节省大量繁琐的工作。具体方法是基于驱动程序模板创建URB请求块,使用USBDI将URB传递到设备堆栈以向总线驱动程序发出请求,USB总线驱动程序访问硬件以完成这些请求[7, 10-11]。

3.3应用程序设计

以VC 6.0为开发平台,采用面向对象的编程方法开发功能齐全,界面美观,操作方便的应用程序。应用程序流程图如图4所示。

3.3.1应用数据采集模块

应用程序调用CreateFile打开USB设备并获取设备驱动程序的句柄。应用程序获取USB设备的句柄后,DeviceIOControl()用于读取和写入控制数据。当程序完成运行时,句柄最终由CloseHandle()[10] -11]关闭。3.3.2应用探测器光能实时监测模块

根据光散射理论,环形探测器的中心必须严格地与发射器的光斑中心相对,以便正确地获得衍射光能量分布,然后计算粒径[1]。因此,在应用软件中,需要实时显示33环探测器的光能,操作者根据显示的光能调整仪器的中心。这里,使用VC提供的系统定时器,定时器间隔设置为2ms,并且在每个间隔中向USB控制核心发送数据获取命令,以提取当前时间收集的最后完整数据。由于USB内核需要大约24μs来控制48 MHz的完整数据采集,因此将定时器间隔设置为2 ms是可行的,并且还可以满足实时显示的要求。

3.3.3应用程序数据处理和文件管理模块

在数据处理模块收集33环光能数据以去除背景数据之后,将RR模式算法用于反演操作,最后给出结果报告。此外,操作员可以将计算结果保存在文件管理模块中,或者查看,打印,删除等所有保存的结果。

3.4嵌入式操作系统的定制

借助Windows XP嵌入式自定义嵌入式操作系统,用户应用程序可以嵌入到操作系统中,从而整个系统在应用程序周围运行,而其他系统内核组件则被隐藏,只留下运营商的应用程序接口[12]。此外,仪器采用触摸式液晶屏,因此操作人员只需在仪器屏幕上执行简单操作即可完成所有测量任务,这是系统内部文件操作员无法看到的,这有利于仪器的安全和维护。 。操作界面如图5所示。

4实验结果分析

使用该测试系统,测试了三种胶乳颗粒。第一个样品是GBW(E)120026,第二个样品是GBW(E)120028,第三个样品是GBW(E)120029。样品用作均匀设定标准,标准值为21.37mm,39.19mm和58.08mm。其中,体积平均粒径,表示直径以下的颗粒的体积百分比为50%; “体积”是指体积较小的颗粒,表明直径小于10%的颗粒的体积百分比;指体积的上部体积,表示颗粒的体积百分比低于直径,为90%[4,9]。实验结果取五组数据的平均值,如表1所示。从表中的数据可以看出,实验结果与标准值进行了比较,误差保持在2%以下。可以看出,该系统在粒度的测量中是稳定的,并且结果是准确的,并且可以应用于一般的工业生产过程中。

5结论

本文介绍了激光粒度分析仪的原理和结构。在此基础上,结合USB数据采集与传输,重点研究激光粒度分析仪嵌入式数据采集系统的软件设计,定制嵌入式操作系统。实现了集成激光粒度分析仪的设计。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]激光粒度分析仪,奥克官方网站,北京世纪奥克

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时间:2019-02-10 08:56:11 来源:杏耀注册 作者:匿名