专利名称：一种光离子化信号的数据采集与处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数据采集与处理电路，具体地说，涉及一种微弱光离子化信号的数据采集与处理电路。
背景技术：
目前，光离子化检测器(Photoionization Detector，简称PID)可以检测极低浓度的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOC)和其它有毒气体。很多发生事故的有害物质都是VOC，因而对VOC检测具有极高灵敏度的PID就在应急事故的各类处理中有着无法比拟的优越性。随着科技的发展，它已经成为实时检测污染、痕量检测和环境保护等方面的强有力工具。但是，光离子信号极其微弱，产生的微电流数量级约为10-10安培，加上噪声等干扰因素，常规的系统很难检测与处理。
发明内容
本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种光离子化信号的数据采集与处理系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种光离子化信号的数据采集与处理系统，包括光离子化检测器、微电流放大器、数据采集电路、主控电路和I/O接口。光离子化检测器的输出接微电流放大器输入，微电流放大器输出接数据采集电路的输入，数据采集电路将模拟信号采集下来，转化为数字信号传输给主控电路，主控电路对信号进行处理后通过I/O接口电路输出到计算机和显示设备。
主控电路采用AT89C52芯片作为微处理器。数据采集电路是通过AT89C52芯片的P0口与数据采集电路中的AD7710芯片的输出端相连来实现数据输入。I/O接口电路包括AT89C52芯片的串行接口与MAX202串行口转换器相连而构成的对外标准RS-232接口。
所述显示设备是通过AT89C52芯片的P1口与MAX7219相连，由MAX7219驱动LED数码管，实现数据的显示。
系统的工作原理是待检测气体被微型真空泵抽入光离子化检测室，由VUV(真空紫外灯)发射紫外光对气体分子进行轰击，使其中的有机物分子电离成为离子和电子。在极化极板的电场作用下，离子和电子向极板撞击，形成可被高灵敏度微电流放大器检测到的微弱离子电流。电流信号被放大成电压信号后，在AT89C52的主控下，通过数据采集，既可将电压信号按照拟合曲线折算成对应浓度值送至显示单元，也可通过I/O接口送至计算机利用色谱工作站对信号进行处理。
本实用新型的有益效果是自动化程度高，人机界面友好，易于操作和存取数据，系统测量和采集精度高、性能稳定可靠。
图1为本实用新型的功能框图。
图2为本实用新型数据采集部分电路图。
图3为本实用新型I/O部分电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1所示，本实用新型以AT89C52单片机为核心，组成了一个具备数据采集、键盘操作、对象控制和结果显示等多项功能的光离子化信号的数据采集与处理系统。
图2为本实用新型数据采集部分电路图。光电离产生的原始光离子电流信号，经过微电流前级放大器放大后以电压的形式输出至IN，通过MAX7652运算放大电路把电压信号放大再输入到AD7710的第7脚，AD7710会自动进行模数转换。当每次转换结束时，DRDY端就会变低，当CPU的P0.5端被查询到变低时，程序就启动一次对AD7710的读数。每次读数时是采用串行方式，通过AD7710的AO、SDATA、SCLK端来依次读入24位。一共3个字节，然后CPU对这三个字节数据进行计算，然后送显示。
图2中，前端IN后，由R15和C10组成了一个滤波电路，它的作用是把输入端带入的杂波和交流信号成分滤掉，以保证输入信号的质量。AD7710的第7脚也有同样的电路(由R7和C11组成，作用同上)。AD7710转换精度极高，所以各端要严格按照规定接线，包括第13和18脚要接模拟地，6和24脚要接数字地。AD7710的第5、12和23脚接到数字+5V，第11脚接到模拟-5V，这样就保证了本系统的可靠性，并且大大提高了采样精度以及系统的稳定性。
图3为本实用新型I/O部分电路图。串口设计部分主要采用AT89C52的第10脚RXD即接收端，用来接收从外部传来的数据式命令，第11脚TXD即发送端，用于把测量数据式命令输出给计算机。其中通过6N138光耦与外界隔离，主要的作用是把外层与内层隔离，以保证数据的可靠性。
与计算机相连采用了MAX202串行口转换器，MAX202具有高速传输功能，主要由3部分组成电压倍增器、RS-232发送器和RS-232接收器。其作用是把TTL电平转换成RS232口所需电平，提供的数据速率最高为120kBPS。
AT89C52具有强大的串行口工作方式，共有4种工作方式，本系统采用工作方式1，即串行口为8位异步通讯，一帧信息为10位，1位起始位，8位数据位和1位停止位，波特率为9600。串行口发送时，数据由TXD输出，CPU执行一条写入串口数据缓冲器SBUF的指令就启动串行口发送。发送完一帧信息时，发送中断标志置“1”，表示发送完毕。接收数据时，当CPU查询到串口控制寄存器的RI位置为“1”时，就执行一条读出指令，从SBUF读出一个字节，并清零RI位，这样数据就可以从RXD端接收到CPU的寄存器中了。在图3中MAX202的外围共接有5个0.1μF的电容。这5个电容分别接在1和3脚之间、4和5脚之间，第6脚、第2脚和第16脚，第15脚接外层地，第16脚接外层+5V。
数码显示部分采用了MAX7219来驱动LED数码管。MAX7219采用串行接口方式，DIN、LOAD、CLK三个管脚分别与AT89C52的第17、18、19脚相连，实现数据传送。AT89C52的P1.5口接MAX7219的串行数据输入端DIN，DIN管脚上的16位串行数据包不受LOAD状态的影响，在MAX7219每个CLK信号上升沿，串行数据从DIN端装入到MAX7219内部的16位移位寄存器中。然后，在LOAD的上升沿数据被锁存到数字或控制寄存器中。LOAD必须在第16个时钟下降沿之后和下一个时钟上升沿之前变高，否则数据将会丢失。DIN端的数据通过移位寄存器传送，并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端，随CLK的下降沿输出。此时DOUT端数据有效，这样就可以把要显示的ASCII码送到显示器了。其串行数据规定为16位二进制包，其数据格式可以参阅Maxim公司的产品手册。
权利要求1.一种光离子化信号的数据采集与处理系统，包括光离子化检测器、微电流放大器、数据采集电路、主控电路和I/O接口；其特征在于光离子化检测器的输出接微电流放大器输入，微电流放大器输出接数据采集电路的输入，数据采集电路将模拟信号采集下来，转化为数字信号传输给主控电路，主控电路对该信号进行处理后通过I/O接口电路输出到计算机和显示设备。
2.根据权利要求1所述的一种光离子化信号的数据采集与处理系统，其特征在于所述主控电路采用AT89C52芯片作为微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种光离子化信号的数据采集与处理系统，其特征在于所述数据采集电路是通过AT89C52芯片的P0口与数据采集电路中的AD7710芯片的输出端相连来实现数据输入。
4.根据权利要求1所述的一种光离子化信号的数据采集与处理系统，其特征在于所述I/O接口电路包括AT89C52芯片的串行接口与MAX202串行口转换器相连构成的对外标准RS-232接口。
5.根据权利要求1所述的一种光离子化信号的数据采集与处理系统，其特征在于所述显示设备是AT89C52芯片的P1口与MAX7219相连，由MAX7219驱动LED数码管，实现数据的显示。
专利摘要本实用新型公开了一种光离子化信号的数据采集与处理系统，包括光离子化检测器、微电流放大器、数据采集电路、主控电路和基本I/O接口。光离子化检测器的输出接微电流放大器输入，微电流放大器输出接数据采集电路的输入，数据采集电路将模拟信号采集下来，转化为数字信号后传输给主控电路，主控电路AT89C52对该信号进行处理后，通过基本的I/O接口电路输出到计算机和显示设备。本实用新型的有益效果是自动化程度高，人机界面友好，易于操作和存取数据，系统测量和采集精度高、性能稳定可靠。
文档编号G08C19/16GK2872498SQ20062000822
公开日2007年2月21日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者张颿, 魏庆农, 张伟 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所