专利名称：大气环境颗粒物监测仪中基于计算机的双cpu控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及大气环境颗粒物监测仪的控制装置，具体是大气环境颗粒物监测仪中基于计算机的双CPU控制器。
背景技术：
目前大气颗粒物监测仪器主要有美国Andersen公司240型双通道采样器，美国API公司的BAM1020型β射线测尘仪，以及美国Rupprecht & Patashnick公司的TEOM1400A型大气环境颗粒物监测仪，武汉天虹智能仪表厂生产的TH系列的110B或150C(或A)型空气总悬浮微粒采样器以及青岛崂山电子仪器总厂的KC系列的大气连续采样器。其中颗粒物的质量分析采用称重方法的仪器有Andersen公司的仪器、武汉天虹和青岛崂山的仪器。这些仪器都利用滤膜采集大气颗粒物，它们的工作过程都是在采集颗粒物的工作完成后用手工取下滤膜组件(或滤膜)再进行称重，无法实现连续采样过程的自动化。而对大气环境进行监测尤其是像大气环境监测站这类地方又必须要求实现常年的大气质量，包括颗粒物的质量的监测。对于颗粒物的监测，应该说，用称重的方法是最直观，没有中间转换误差的方法，可是手动的操作法妨碍了这一方法的实际应用。要实现自动化，就会有许多执行机构的控制问题。诸如自动抽气、自动称重之问的工作循环控制、或自动抽气、自动称重、自动换膜、滤膜组件的毛重称重、自动抽气的工作循环控制；以及采样数据的处理、判别、以及数据的输出等等工作，这就需要有这样一个能对颗粒测定仪进行上述控制的控制器，本发明就是为这一要求服务的。
发明内容
本发明目的在于针对目前称重法必须手动称重的缺点，提供一种大气环境颗粒物监测仪中基于计算机的双CPU控制器，实现从颗粒物采样到称重控制、数据处理、存储、显示以及自动换膜控制、与传感器(电子天平)或外部PC机的通讯的全自动化过程。
如图1所示，本发明的大气环境颗粒物监测仪中基于计算机的双CPU控制器包括——主CPU控制模块，用于处理数据和控制键盘，与副CPU之间进行信息交换，控制串行模块和并行模块的工作；——副CPU控制模块，用于控制颗粒物检测仪中抽气机、滤膜组件、其他执行机构，检测现行工作状态并与主CPU通讯；——并行接口扩展模块，用于存储数据，打印以及显示接口的扩展；——串行口切换模块，用于主CPU与副CPU、电子天平、PC机之间通讯的切换及通讯。
其工作原理如下如图1所示，通过主、副单片机的分工管理，即主单片机负责颗粒物质量数据采集、分析、处理、存储、显示、键盘控制等功能；副单片机主要负责机械控制，实现大气颗粒物自动分析仪的采样、自动称重、自动换膜等功能；并通过多路串口分配器实现主CPU与副CPU、传感器、外部PC机进行信息交换，通过并行接口扩展实现储存、打印和显示等功能。
图2所示的主CPU控制模块中，P0口用于获得键盘的输入信息，P1口与平行扩展模块交换信息，并通过平行扩展模块控制主CPU的显示、打印，P2口作为主显示器、并行口和存储器的控制通路。主CPU的串行信号TXD/RXD与串行切换模块的相应端口进行串行信息的交换，并通过串行切换模块的模拟开关和电平转块实现与副CPU、重量传感器、外部PC机进行信息的交换。
图3所示的副CPU模块中的P0口作为副显示器的数据端口，P1、P2、P3口作为对电机、外部执行机构的控制端口并通过从外部读取被控对象的状态信息和光电定位信息，通过编码器编码作为对外部执行机构进行控制的依据。
图4所示的平行扩展模块中，数据端口D传送主CPU数据信息，PA口传送主显示器的显示信息和存储器的地址信息，PB口传送打印信息，PC口既传输存储器的地址信息又用来传输存储数据信息。
图5所示的串行扩展口中，主CPU的信息通过控制信号(SWITH)经地址选通通信对象，通过模拟开关实现主CPU与副CPU之间的通信或再通过串行口转换电路实现主CPU与传感器、或外部PC机之间的通信。
本发明与现有技术相比具有如下优点1.实现了称重法分析大气颗粒物的自动化，消除了因手动称重操作带来的人为误差；2.双CPU控制器的模块化设计使每个功能实现得到保证，且简化了相应的软件设计，使被控对象的工作可靠性和稳定性得到提高；3.串行口的数据交换功能扩展的实现为大气环境监测的网络化提供了可能性；4 利用工位定位、工位状态判别连用的方法，使仪器工作可靠性得到进一步提高；5 本控制器适应性强，还可以应用到其他的检测仪器上。
图1是本发明的基于微型计算机双CPU的控制器框图；图2是主CPU控制模块；图3是副CPU控制模块；图4是并行接口扩展模块；图5是串行口切换模块；图6是实例电路系统框图；图7是主程序流程图；图8是副CPU控制流程图；图9为主CPU发送数据到赛多利斯电子天平流程图；图10是主CPU接收来自赛多利斯天平的数据流程图。
具体实施例方式
图6是本控制器用于DJ3-1型双通道六工位自循环大气颗粒物检测仪的实例。图7是主CPU流程图，图8是副CPU控制流程图。主、副CPU分别使用了AT89c55和AT89c52单片机。在电路系统框图(说明书附图)上的天平接口接入德国赛多利斯0.01mg的211D型微量天平，在电机控制接口接入伺服电机的控制线路板分别实现对4个电机的控制，步进电机接口接入SH20803型驱动器，通过驱动器实现SERVO公司型号为KH56JM-803步进电机的控制，在各微动开关和保险开关，接入执行机构如抽气气密控制机构、转臂转位机构、上、下料机构的工作状态，和工位1的超程保险信号、工位2的升降保险、定位保险信号；在打印机接口接入SIUPO型的微型打印机；键盘接口上接入九键键盘、主LCD接口接入型号为TGP004A的点阵字符型4行*LCD；副LCD接口接上型号为TGP004A的点阵字符型2行*LCD；光电定位信号接口接入六工位的光电定位器信息。具体的接线如下主CPU控制模块如图2所示，主CPU控制模块中，CPU的P00～P056根信号线作为键盘的2行和4列的键盘扫描线，P06、P07作为数据存储芯片AT28C64B的RDY/Busy-M和CE-M信号线。P10～P17与并行接口扩展模块的8255A以双工方式传递数据；P20～P22作为LCD1的控制总线(RS，RW，E)，P23～P25作为存储器的控制总线(EN，OE)，P26～P27作为8255通道选择信号线(A0，A1)。RXD和TXD与串口的传输和接收相连，INT0和INT1作为串口中的模拟开关Max309(U1)的SWITCH0、SWITCH1地址选通信号(A0、A1)。CPU的读写信号RD和WR与并行接口扩展模块8255A的读写信号RD与WR相接。T0引脚作为打印机的选通信号，T1作为打印机的BUSY信号，主CPU定时器0在初始化中作为键盘扫描时间(10ms)的定时器用，定时器1产生时钟脉冲信号，定时器2为串行的通讯时的波特率控制。
副CPU控制模块副CPU控制模块如图3所示，CPU使用AT89C52单片机，各控制任务信号如下P00-P07作为LCD2的数据线；P25、26、27作为LCD2的控制线；P10-P17、P20、P21、P22作为电机的控制总线；P34(T0)、P35(T1)、P36(RD)、P37(WD)、INT0、INT1作为六工位的位置检测线；
RXD和TXD作为与主CPU的握手信号线；JP5、JP6、JP4是外部输入信号插口JP5是六工位中的状态检测信号，信号经U10(74HC148)编码器编码后得到U10的B、A、C信号，当有编码信号时GS端输出低电平，并且作为编码器的中断信号端，E0作为扩充信号端。JP60、JP61、JP63～JP66是6个工位光电定位信号，这些信号经比较器整形后的输出，成为JP4相应的信号，这些信号进入编码器U9(74HC148)后，编码为B、A、C信号。并分别与JP5编码输出信号(B、A、C，E0、GS)相与后送到副CPU的P34、P35、P36、P37、INT1重新编码作为下一步执行机构动作的控制信号。
JP7是工位1、2、3的保险信号输入口，当工位1(或工位2)的状态开关被压下时P23(或P24)电位由高电平变为低电平，同时INT0也由高电平变为低电平，触发CPU中断，使副CPU控制工位1的执行机构处于非气密状态(或允许副CPU控制转臂转位)；当工位3的状态开关被压下时P17由高电平变为低电平，通知CPU工位3执行机构完成动作。
并行接口扩展模块如图4所示。并行口功能扩展线路中PA0～PA7作为显示器(LCD1)D0~7的信号，同时也通过总线驱动器U6(74HC373)作为存储器U4(AT2864B)的地址信号，PB0～PB7作为打印机数据信号，但打印选通信号直接由CPU给出。此外PC0~7的信号既作为数据信号与存储器的DQ0～DQ7相连，也可经总线驱动U7(74HC373)与存储器及存储器地址线A0～A7相连，但作为存储器的信号时，存储器的相应信号则直接与主CPU的WE-M、CE-M和RDY/Busy、OE_M相连。
串行口切换模块串行接口线路如图4所示。功能有三个，一是与副CPU通讯，另一是与PC机通讯，第三个是主CPU与微量天平之间的通讯，它们是通过模拟开关U1(MAX309CPE)SWITCH0，SWITCH1的选通来决定的，SWITCH0，SWITCH1，通道选择分配表1
表1
主、副CPU的串行通讯主CPU串行口RXD和TXD信号是经U1中S1A、S1B引脚与J8和J3跳线插口连接。
主CPU和电子天平的串行通讯主CPU发出的TXD信号经S2B与串口电平转换器U2(MAX232CPE)的T1IN相接，经电平转换后作为T10UT与天平串行接口插座J12相接作为天平的RXD对应信号。天平发出的TXD信号经J13脚连接到R1IN经电平转换后通过R10UT接到模拟开关的S2A作为主CPU的RXD信号。
主CPU与PC机通讯S3B作为主CPU的TXD信号经电平转换器(T2IN-T20UT)，同样，J23作为PC机的TXD信号经电平转换器(R2IN和R20UT)与CPU的RXD信号相接。
串行口切换模块与赛多利斯电子天平通讯实例当串行口切换模块的SWITCH0，SWITCH1设为1，0时，赛多利斯电子天平与控制器以软件通信方式实现通信。参数设定如表2表2
将赛多利斯的奇偶位作为第8位数据位传输，单片机接收后检测第8位是否为低电平，如果是，则提取前7位，作为接收的数据。而单片机发送到赛多利斯的指令中每个字符的第八位均为低电平，刚好满足赛多利斯空格校正的要求。
单片机按照软件握手时的规定发送指令，发送完命令后立即变为接收数据状态，由于传送的是字符串，所以一般在接收时，采用循环方式，一边检测每个字符的第八位是不是低电平，一边检测是否出现字符0x0a，当出现第八位不是低电平时，宣布该数据无效，并要求重发；直至出现0x0a字符时数据接收完毕。字符串经转化为数字后得到所测的数据。图9为主CPU发送数据流程，图10是主CPU接收数据流程图。
工位信号检测实例六工位位置的判别由安装于滤膜转臂旋转中心后端的六个光电定位器进行。当转臂转至某个工位时相对应的定位器发出定位信号。该信号送至JP6插座分别对应于JP60-JP67(其中二条线留用)，经比较器U100和U200(LM339)整形后作为JP40～JP47信号，分别送至编码器U9(74HC148)，经编码后作为C、B、A(A2、A1、A0)信号与工位状态检测信号的编码(通过编码器U10的编码)的相应信号相与，作为副CPU的T1、T10和WR端的引入信号(P36、P35、P34)。这三个信号作为I/O信号使用，其对应的真值表如表3表3
上述实例已经经过几个月的运行试验，结果表明该控制器能有效的控制六工位大气颗粒物监测仪的工作，性能稳定、可靠。
权利要求
1.一种大气环境颗粒物监测仪中基于计算机的双CPU控制器，其特征在于包括——主CPU控制模块，用于处理数据和控制键盘，与副CPU之间进行信息交换，控制串行模块和并行模块的工作；——副CPU控制模块，用于控制颗粒物检测仪中抽气机和滤膜组件，检测现行工作状态并与主CPU通讯；——并行接口扩展模块，用于存储数据，打印以及显示接口的扩展；——串行口切换模块，用于主CPU与副CPU、电子天平、PC机之间通讯的切换及通讯。
2.根据权利要求1所述的双CPU控制器，其特征在于所述主CPU控制模块中，P0口用于获得键盘的输入信息，P1口与平行扩展模块交换信息，并通过平行扩展模块控制主CPU的显示、打印，P2口作为主显示器、并行口和存储器的控制通路；主CPU的串行信号TXD/RXD与串行切换模块的相应端口进行串行信息的交换，并通过串行切换模块的模拟开关和电平转换实现与副CPU、传感器、外部PC机进行信息的交换。
3.根据权利要求1所述的双CPU控制器，其特征在于所述副CPU模块中，P0口作为副显示器的数据端口，P1、P2、P3口作为对电机、外部执行机构的控制端口并从外部读取被控对象的状态信息和光电定位信息，通过编码器编码作为对外部执行机构进行控制的依据。
4.根据权利要求1所述的双CPU控制器，其特征在于所述平行扩展模块中，数据端口D传送主CPU数据信息，PA口传送至主显示器的显示信息和存储器的地址信息，PB口传送打印信息，PC口既传输存储器的地址信息又用来传输存储数据信息。
5.根据权利要求1所述的双CPU控制器，其特征在于所述串行扩展口中，主CPU的信息通过控制信号(SWITH)经地址选通通信对象，通过模拟开关实现主CPU与副CPU之间的通信或再通过串行口转换电路实现主CPU与PC机、或传感器之间的通信。
全文摘要
本发明涉及大气颗粒物自动检测技术中专门针对颗粒检测仪的控制器。它主要由主CPU机控制模块，副CPU控制模块，并行接口扩展模块，串行口切换模块组成。主CPU控制模块实现对数据的处理、键盘的控制、与副CPU之间的信息交换、控制串行口切换模块和并行接口扩展模块的工作。副CPU控制模块主要实现颗粒物检测仪中抽气机的工作控制、滤膜组件的气密控制和上、下料控制、现行工作状态检测以及与主CPU的通讯。并行接口扩展模块主要实现数据存储、打印以及显示等接口的扩展。串行接口模块实现主CPU与副CPU、电子天平、PC机之间的通讯的切换及通讯功能。
文档编号G06F19/00GK1773242SQ200510036970
公开日2006年5月17日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者黄林海, 杨冠玲, 何振江, 黎国锋, 李丰果, 韩鹏, 张展毅 申请人:华南师范大学