专利名称：多元素分析仪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种多元素分析仪装置，基于光电比色法的原理，用于钢铁等金属 行业中平炉铁、铸造铁、低合金铁、碳钢、低合金钢、不锈钢材料中的Si、Mn、P、Cr、Ni、Ti、Mo、 W、Cu等多种元素含量的测量。
背景技术：
光电比色法是在光电比色计上测量一系列标准溶液的吸光度，将吸光度对浓度作 图，绘制工作曲线，然后根据待测组分溶液的吸光度在工作曲线上查得其浓度或含量。以往的多元素分析仪以一片单片机为核心，集成传感器信号处理、数据采集、键 盘、LED显示、存储和打印等诸多功能。虽然仪器结构简单运行稳定，但由于所有分析处理 功能均由一片单片机承担，指令多、操作不方便，单片机存储容量小，不能同时对多个测试 通道独立进行分析工作。这些都会影响元素含量分析工作的工作效率，不能满足日益提高 的生产要求。
发明内容本实用新型要解决的问题是现有多元素分析仪按键指令多、操作不方便，存储容 量小，不能同时对多个测试通道独立进行分析工作，需要一种操作便捷稳定，可同时处理多 个测试通道数据的多元素分析仪。本实用新型的技术方案是多元素分析仪装置，包括测试通道、上位机和下位机， 上位机为一计算机，下位机包括一单片机和模/数转换模块，两者通过RS232串行接口连 接；其中上位机包括图形用户界面、多元素分析控制系统和数据库三个模块，图形用户界面 模块为人机交互端口，多元素分析控制系统模块与下位机的单片机双向连接，下位机的模/ 数转换模块的输入与测试通道的输出连接。下位机采用51系列单片机，模/数转换模块为一片ICL 7135 A/D芯片，各测试通 道通过4051数字开关连接模/数转换模块。与以往的多元素分析仪相比，本实用新型系统采用上-下位机模式，将原来过度 集中的各功由上、下位机共同完成，充分发挥上、下位机各自的运行优势，使数据采集和数 据分析能够分别同时进行。由于下位机不再进行数据分析处理、人机交互、显示、打印等工 作而专用于传感器信号的数据采集，运行负担减轻，从而方便进行多个测试通道测试信号 的分时数据采集，实现整个系统同步对多个测试通道数据独立进行分析；上位机利用计算 机硬件及相应的分析软件，发挥计算机多线程操作方便、高速、大容量的特点，使整个多元 素分析仪系统具有以往的多元素分析仪所不具备的操作方便、可同时对多个测试通道独立 进行分析工作、数据存储容量大等优点。本实用新型系统采用上-下位机的模式，数据采集和数据分析分别同时进行，可 对多个测量通道同步、独立分析处理，基于多线程的数据采集和处理方法提高数据处理能 力，采用超采样和中间值求平均的抗干扰措施提高采集数据的精确度，采用数据库管理技术提高标准曲线和被测曲线的数据存储容量，上、下位机分工合作，提高了工作效率，并使 整体多元素分析仪系统的分析精确度和准确度得到大大提高。
图1为本实用新型系统结构示意图。图2为本实用新型系统原理示意图。
具体实施方式
如图1，本实用新型多元素分析仪系统包括上位机和下位机，下位机采集测试通道 的数据传输给上位机，上位机为一计算机，下位机包括一单片机MCU和模/数转换模块，两 者通过RS232串行接口连接；其中上位机设置图形用户界面、多元素分析控制系统和数据 库三个模块，图形用户界面模块为人机交互端口，实现人机交互，多元素分析控制系统模块 与下位机的单片机双向连接，多元素分析控制系统模块分析用户指令、接收处理下位机采 集的数据、向下位机发出分析指令、对数据库模块进行读写和维护操作，下位机的单片机接 收来自上位机的指令，依据上位机的指令完成相应的数据采集和预处理，并按指令向上位 机传送相应的数据；下位机的模/数转换模块的输入与测试通道的输出连接，同时采集所 连接的各测试通道的数据。本实用新型多个测量通道可同时、独立地完成零点校验、制定标准曲线、测量等工 作。采用基于多线程的数据采集和处理方法；利用数据库管理来维护标准曲线和分析结果 数据；在数据采集中采用了超采样和中间值求平均的抗干扰措施；在数据处理中采用最小 二乘方法提高标准曲线数据拟合精度。如图2，下位机负责数据的采集与预处理，用高精度12位模/数转换元件实现数据 采集，如ICL 7135 A/D芯片，单片机MCU控制模/数转换模块对若干个测试通道不间断依 次采样，采样时对各测试通道间用4051数字开关进行切换，采样数据由MCU预处理包装后， 通过RS232串行接口实现与上位机的数据连接。上位机的多元素分析控制系统模块设有人 机交互、通讯和数据处理三个工作线程，人机交互线程处理图形用户界面模块的人机交互 操作，生成操作指令集合，按用户需求输出显示相应数据，如打印等；通讯线程接收和发送 上位机与下位机传输的串行数据，对发送的数据包装，对接收的数据解包；数据处理线程处 理串行数据，读取和处理数据库模块的数据，制定工作曲线，测试分析。数据处理线程采用 高阶最小二乘方法提高标准曲线数据拟合精度，以6阶最小二乘拟合方法为例，当标准曲 线点数在6点以下时，高阶次最小二乘拟合系数为0 ；标准曲线点数大于6点时，以6阶最 小二乘方法拟合标准曲线。相比原来多元素分析仪由单独一片单片机核心的分析处理方式，本实用新型的 上、下位机模式产生了数据传输，因而对传输数据的正确性、稳定性就提出了要求，本实用 新型系统的上位机与下位机之间传输的指令或数据包由起始符、指令/数据、终止符和校 验位组成，上位机与下位机设有相应的指令/数据包包装算法子模块和解包算法子模块； 其中校验位以从起始符开始的每位数据与相临位数据按位取反相加而得，上位机/下位机 发起通讯时，将数据按“起始符+指令/数据+终止符+校验位”格式进行打包，下位机/上 位机接收后按形成校验位的方法反操作实现解包。[0015]本实用新型选择用操作方便、高速、大容量的计算机与单片机构成上_下位机模 式来共同完成多元素分析仪的各项功能，大大提高了多元素分析仪的工作效率下位机的 单片机MCU不断采集各测试通道数据，将各测试通道数据分别预处理打包传输到上位机， 上位机利用计算机丰富的系统资源和高效的多线程处理能力对接收的数据处理分析，两者 同时进行，可同时对多个测试通道独立进行分析工作，大大提高了效率，这是以往以一片单 片机为核心的多元素分析仪无法做到的。同时针对新的上-下位机模式，设置了加密的传 输模式；由于采用了计算机为核心的上位机，适用于多种计算机语言，对以后各种分析软件 的开发也提供了方便；原来多元素分析仪中单片机对数据进行最终处理分析的功能由上位 机承担，使下位机单片机的系统资源采集多路测试通道数据的同时，还可以采用超采样和 中间值求平均的抗干扰措施来提高采集数据的精确度；上位机的计算机配有大容量数据 库，采用ACCESS和ODBC数据库管理，提高标样和被测样的存储容量，从而使整体多元素分 析仪系统的分析精确度和准确度得到大大提高。本实用新型系统采用的上-下位机模式，从数据采集、分析处理的分工原理上来 看，也可采用计算机+PCI数据采集卡等方案替换，但用本实用新型系统的模式有如下好 处1)下位机的单片机与模/数采样模块和测试通道的传感器信号源可采用同一主 板，直接电气连接，硬件上可确保采集的传感器信号少受电磁干扰，提高系统的抗干扰性；2)下位机的单片机可承担上位机计算机的专用数据采集和执行机构的职能。由于 单片机本身具有一定的运算能力，采集数据传送到计算机前已经进行了预处理，使采集的 数据更准确和稳定；3)下位机的单片机可运用自身的运算能力和资源对采集的数据事先采取抗干扰 措施，计算机数据分析处理也就相对简单；4)在本系统的数据采集精度和速度要求范围内，由51系列单片机和ICL 7135系 列模/数转换芯片构成的数据采集方案，比计算机直接进行数据采集的开发成本更低；5)如采用多片单片机组合的方式，单独一片单片机的自身功能和处理能力不及计 算机，过多单片机组合会导致结构复杂。综合以上，本实用新型设计了单片机+计算机的上_下位机系统模式，从性能、成 本各方面取得最优效果。
权利要求多元素分析仪装置，其特征是包括测试通道、上位机和下位机，上位机为一计算机，下位机包括一单片机和模/数转换模块，两者通过RS232串行接口连接；其中上位机包括图形用户界面、多元素分析控制系统和数据库三个模块，图形用户界面模块为人机交互端口，多元素分析控制系统模块与下位机的单片机双向连接，下位机的模/数转换模块的输入与测试通道的输出连接。
2.根据权利要求1所述的多元素分析仪装置，其特征是下位机采用51系列单片机，模 /数转换模块为一片ICL 7135A/D芯片，各测试通道通过4051数字开关连接模/数转换模 块。
专利摘要多元素分析仪装置，包括测试通道、上位机和下位机，上位机为一计算机，下位机包括一单片机和模/数转换模块，两者通过RS232串行接口连接；其中上位机包括图形用户界面、多元素分析控制系统和数据库三个模块，图形用户界面模块为人机交互端口，多元素分析控制系统模块与下位机的单片机双向连接，下位机的模/数转换模块的输入与测试通道的输出连接。本实用新型系统采用上-下位机的模式，数据采集和数据分析分别同时进行，可对多个测量通道同步、独立分析处理，上、下位机分工合作，提高了工作效率，并使整体多元素分析仪系统的分析精确度和准确度得到大大提高。
文档编号G01N21/31GK201773066SQ201020226759
公开日2011年3月23日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者周怡君, 戴挺, 杨立新 申请人:南京华欣分析仪器制造有限公司