专利名称：基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大气颗粒物监测仪控制器，尤其涉及一种基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器。
背景技术：
随着科学技术的进步，人们对大气环境的监测越来越重视。而对大气环境进行监测包括对大气颗粒物质量的监测，对于颗粒物质量的监测，采用称重的方法往往比较直观，而且是没有中间转换误差的方法，可是手动的操作方法又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、自动称重之间的工作循环控制，或者自动抽气、自动称重、自动换膜、滤波组件的毛重称重、自动抽气的工作循环控制；以及采样数据的处理、判別、数据的输出等等工作，这些都需要有ー个能对颗粒物检测仪进行控制的控制器。中国专利申请号为200510036970的大气环境颗粒物监测仪中基于计算机的双CPU控制器可实现对颗粒物监测仪的自动控制，该控制器主要由主CPU控制器、副CPU控制器、并行接ロ扩展模块、串行ロ切換模块组成。主CPU控制器实现对数据的处理、键盘的控制、与副CPU之间的信息交換、控制串行ロ切换模块和并行接ロ扩展模块的工作。副CPU控制器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。并行接ロ扩展模块主要实现数据存储、打印以及显示等接ロ的扩展。串行接ロ模块实现主CPU与副CPU、电子天平、PC机之间的通讯的切换及通讯功能。但是此控制器是基于单片机系统的控制器，控制电路复杂，稳定性较差，功能及扩展性有限。
实用新型内容本实用新型的目的在于基于嵌入式的平台的大气颗粒物监测仪控制器，控制电路简单、方便，并支持多功能扩展。 本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现包括CPU控制器，以及与CPU控制器连接的PLC控制器和I/O扩展电路，所述CPU控制器连接大气颗粒物监测仪的光电定位器，所述PLC控制器连接大气颗粒物监测仪的齿轮减速交流电机和微动开关，所述I/O扩展电路连接大气颗粒物监测仪的步进电机、称重天平，所述CPU控制器接收光电定位器发送的エ位信息和微动开关经PLC控制器发送的エ位信息，并经I/O扩展电路向步进电机发送控制信号和经PLC控制器向齿轮减速交流电机发送控制信号，称重天平的測量数据经I/O扩展电路上传CPU控制器。优选的，所述CPU控制器为嵌入式芯片，其控制软件为UC/GUI平台系统。优选的，所述CPU控制器和所述PLC控制器通过485通信协议接ロ连接。上述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器还包括与I/O扩展电路连接的存储器，用于数据的存储。[0009]上述I/O扩展电路包括ー个以上232通信协议接ロ，用于所述基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器功能的扩展。上述基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，还包括通过232通信协议接ロ与I/O扩展电路连接的微型打印机，用于打印CPU控制器的输出数据、大气颗粒物监测仪的測量数据。 优选的，所述的I/O扩展电路通过232通信协议接ロ与大气颗粒物监测仪的称重天平连接。上述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，还包括与I/O扩展电路连接的TCP/TP通信设备，能够实现远程访问、控制功能。上述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，还包括与CPU控制器连接的液晶屏，除了实时显示数据和工作状态外还可触压屏幕对话框实现对应的功能操作。本实用新型的工作原理及过程是光电门定位器实时向CPU控制器上传エ位情况，微动开关经PLC控制器实时向CPU控制器上传エ位情況，CPU控制器向PLC控制器发送控制指令进而控制相应电机的运转(顺时针转或逆时针转)。大气颗粒物监测仪采集的大气颗粒物通过高精度天平称重，称重结果经I/O扩展电路板上传至CPU控制器进行数据分析、整理、存储以及上传上位机。并且可以通孔I/O扩展电路进行功能扩展。
图I是六エ位大气颗粒物检测仪结构示意图；图中1ー抽气采样电机(エ位1)，2—称重天平(エ位II)，3—下料电机(エ位III)，4—上料电机(エ位IV)，5—称毛重(エ位V)，6—待采样(エ位VI)，7—转臂，8 —步进电机，9 —称重控制电机，10 —光电门定位器，11 一数据米集接ロ，12 —微型打印机，13-电阻式彩色液晶显示屏，14-控制器；图2是本实用新型实施例的大气颗粒物检测仪控制器示意图；图3是主控CPU控制器；图4是485接ロ控制电路；图5是存储器控制电路； 图6是232通信协议接ロ电路；图7是TCP/IP网络控制接ロ电路；图8是液晶屏的数据传输电路；图9是液晶屏控制电路；图10是光电门定位器控制电路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进ー步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例如图I所示，现有的六エ位大气颗粒物检测仪，包括抽气采样电机(エ位I) I、称重天平(エ位II) 2、下料电机(エ位III) 3、上料电机(エ位IV)、称毛重工位(エ位V)5、待采样エ位(エ位VI) 6、转臂7、步进电机8、称重控制电机9、光电门定位器10等。由步进电机8带动转臂7转动，步进电机8的转动角度与光电定位器10定位信息共同确定转臂7对各エ位的定位点；エ位I为颗粒物采集エ位，也是仪器初始化的起始エ位；エ位II为称重エ位；エ位III为下料エ位；エ位IV为上料エ位；エ位V为称毛重工位；エ位VI为颗粒物采样エ位。所述步进电机8带动ー对齿轮，转臂7转动是靠步进电机8带动ー对齿轮付来实现的。所述齿轮由凸轮杠杆机构拉动，转臂7的升降控制通过控制齿轮的啮合状态和靠凸轮杠杆机构和弹簧机构拉动从动齿轮的上下的位移来实现。如图2所示，本实用新型的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，可实现对上述六エ位大气颗粒物检测仪进行控制，基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器包括CPU控制器，以及与CPU控制器连接的PLC控制器和I/O扩展电路，CPU控制器连接大气颗粒物监测仪的光电定位器，PLC控制器连接大气颗粒物监测仪的齿轮减速交流电机和微动开关，I/0扩展电路连接大气颗粒物监测仪的步进电机、称重天平，CPU控制器接收光电定位器发送的エ位信息和微动开关经PLC控制器发送的エ位信息，并经I/O扩展电路向步进电机发送控制信号和经PLC控制器向齿轮减速交流电机发送控制信号，称重天平的測量 数据经I/O扩展电路上传CPU控制器。本实用新型的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器工作原理为光电门定位器实时向CPU控制器上传エ位信息，微动开关经PLC控制器实时向CPU控制器上传エ位信息，CPU控制器根据エ位信息经I/O扩展电路向步进电机发送或经PLC控制器向相应的齿轮减速交流电机发送指令控制相应电机的运转。大气颗粒物检测仪采集的大气颗粒物通过高精度称重天平称重，称重结果通过232接口上传CPU控制器进行数据分析、整理、存储以及上传上位机。在具体实施吋，CPU控制器可选MCU电路板，软件平台可以UC/GUI为平台系统，图3给出了 CPU控制器的电路图，图4是485通信协议接ロ电路，可实现CPU控制器和PLC控制器之间的通信。PLC控制器主要是负责驱动各个齿轮減速交流电机和接收エ位的状态信息(因为PLC控制器驱动各个齿轮減速交流电机和微动开关接收エ位的状态信息，这部分电路一般为220伏强电，直接引入CPU控制器容易造成系统不稳定，所以采用PLC控制器作为隔离变换)。齿轮减速交流电机包括大气颗粒物检测仪各个エ位处的电机。本实用新型的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器还包括与I/O扩展电路板连接的存储器，存储器可选用SD卡，那么相应的I/O扩展电路板应该支持SD接ロ，图5为相应的存储器控制电路。I/O扩展电路板包括ー个以上232通信协议接ロ，图6给出了 232通信协议接ロ电路；可以通过232通信协议接ロ连接微型打印机，用于打印CPU控制器的输出数据、大气颗粒物监测仪的測量数据等。还可以通过232通信协议接ロ与大气颗粒物监测仪的称重天平连接，采集称重数据并上传CPU控制器。上述基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，还可以包括与I/O扩展电路板连接的TCP/TP通信设备，进而实现远程访问、控制功能，通过相应的上位机可以向基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器发送控制指令，或者得到基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器发送过来的数据传给上位机，图7给出了 TCP/IP网络控制接ロ电路，用于连接TCP/TP通信设备。上述基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，还可以包括与CPU控制器连接的液晶屏，液晶屏可为电阻式彩色液晶屏，除了实时显示数据和工作状态外还可以通过触压屏幕实现对其对话框对应的功能的操作，其中图8是液晶屏和CPU控制器之间的数据传输电路，图9是液晶屏控制电路。六エ位位置的判别由安装在转臂旋转中心后端的六个光电定位器进行，当转臂转至某个エ位时相应的定位其发出定位信号，图10图为相应的光电门定位器控制电路。本实用新型的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器能够实现自动运行模式、手动运行模式、网络远程控制模式，其具体工作过程如下。当在液晶屏主菜单选择“自动”模式吋，CPU控制器首先通过光电门定位器对转臂7进行位置定位，步进电机8带动转臂7进行顺时针转动，当转臂7上的挡片通过光电定位器10的状态电平发生改变，CPU控制器通过读取光电定位器10的电平变化就可以获得当前转臂7所处的位置，从而驱动步进电机8转向称重工位(エ位II)，到达称重工位(エ位II)后，CPU控制器通过PLC控制器控制称重控制电机9转动，从而使转臂7下降脱离步进电机8，到达与称重天平2接触，然后进行称重操作，CPU控制器通过数据采集接ロ 11获取转臂上采样滤膜的毛重数据，称重完后CPU控制器通过PLC控制器驱动称重控制电机使转臂7脱离天平2重新接合步进电机8，转臂7到位后，CPU控制器根据预设程序判断该滤膜是否有效，若滤膜毛重正常则驱动步进电机8转向抽气采样エ位(エ位I)，若滤膜毛重不正常则驱动步进电机转向采下料エ位(エ位III)和上料エ位(エ位IV))。当转臂到达抽气采样エ位后，抽气采样电机I工作，推动采样滤膜上升脱离转臂7并与采样头密封接触，密封对接好后抽气气泵工作，大气经采样头流经过滤膜，颗粒物将被停留在滤膜上。采样时间到达后，气泵停止工作，采样エ位电机转动，滤膜重新回到转臂上，大气颗粒物监测仪控制器14控制步进电机8重新回到称重工位进行称重操作，得出颗粒物的净重。当滤膜正常时，上述过程周期性进行。当滤膜需要更换时，大气颗粒物监测仪控制器14驱动步进电机8转向下料エ位(エ位III)，到达指定位置后，下料电机(部件3)转动，推动滤膜上升进入废料回收桶，接着大气颗粒物监测仪控制器14驱动步进电机8带动转臂7转向上料エ位(エ位IV)，当到达指定エ位后，上料エ位电机4转动，装载新滤膜到转臂上，最后驱动器自动驱动步进电机重新进入“称重采样称重”的状态。当在主菜单界面上选择“手动模式”吋显示屏将出现“步进电机”、“转臂电机”、“采样电机” “上料电机”、“下料电机”的可选对话框，当需要对某ー电机进行操作吋，按相应的对话框，此吋，该对话框的底色将更改成红色，井出现“转动”、“停止”等操作对话框，按对应对话框可实现对具体的电机进行功能操作。当在主菜单界面上选择“历史查询”时显示屏将显示系统的采样数据、数据打印、数据上传至PC等功能，最近I天的数据还以折线图的形式描绘出来。当在主菜单界面上选择“暂停运行”或“重新启动”吋系统将停止目前的任务转向暂停等待或系统重新驱动功能。当在主菜单界面上选择“系统设置”吋主界面转入“系统时间”、“采样周期”、“采 样时间”、“SD卡数据操作”等功能操作对话框，按相应的对话框可预设系统的各项參数以及SD卡内的数据删除等功能。本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果(I)通过控制步进电机能够在六エ位自动运行，实现大气颗粒物采集、称重、废滤膜自动下料和重新装载新滤膜的功能，系统稳定，可靠性高；(2)支持标准的SD卡接ロ，可支持大容量存储；(3)连接有TCP/TP通信设备，支持远程数据传输和监控；(4)支持彩色液晶触摸屏，显示效果优秀，内容丰富，功能操作简单；(5)支持232协议的微型打印机，能够打印历史数据，方便数据分析。以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
权利要求1.一种基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于包括CPU控制器，以及与CPU控制器连接的PLC控制器和I/O扩展电路，所述CPU控制器连接大气颗粒物监测仪的光电定位器，所述PLC控制器连接大气颗粒物监测仪的齿轮减速交流电机和微动开关，所述I/o扩展电路连接大气颗粒物监测仪的步进电机、称重天平，所述CPU控制器接收光电定位器发送的エ位信息和微动开关经PLC控制器发送的エ位信息，并经I/O扩展电路向步进电机发送控制信号和经PLC控制器向齿轮减速交流电机发送控制信号，称重天平的测量数据经I/O扩展电路上传CPU控制器。
2.根据权利要求I所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于所述CPU控制器为嵌入式芯片。
3.根据权利要求I所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于CPU控制器和PLC控制器通过485通信协议接ロ连接。
4.根据权利要求I所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于还包括与I/O扩展电路连接的存储器。
5.根据权利要求I所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于所述I/O扩展电路包括ー个以上232通信协议接ロ。
6.根据权利要求5所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征还包括通过232通信协议接ロ与I/O扩展电路连接的微型打印机。
7.根据权利要求5所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于I/O扩展电路通过232通信协议接ロ与大气颗粒物监测仪的称重天平连接。
8.根据权利要求I所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于，还包括与I/O扩展电路连接的TCP/TP通信设备。
9.根据权利要求I所述的基于嵌入式的大气颗粒物监测仪控制器，其特征在于还包括与CPU控制器连接的液晶屏。
专利摘要本实用新型公开一种基于嵌入式的大气颗粒物监测仪的控制器，其包括CPU控制器，以及与CPU控制器连接的PLC控制器和I/O扩展电路，所述CPU控制器连接大气颗粒物监测仪的光电定位器，所述PLC控制器连接大气颗粒物监测仪的齿轮减速交流电机和微动开关，所述I/O扩展电路连接大气颗粒物监测仪的步进电机、称重天平，所述CPU控制器接收光电定位器发送的工位信息和微动开关经PLC控制器发送的工位信息，并经I/O扩展电路向步进电机发送控制信号和经PLC控制器向齿轮减速交流电机发送控制信号，称重天平的测量数据经I/O扩展电路上传CPU控制器。本实用新型的控制电路简单、方便，并支持多功能扩展。
文档编号G01N5/00GK202404412SQ20112055754
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者李志为, 杨冠玲, 韩鹏 申请人:华南师范大学