基于DSP的高速便攜紅外氣體分析儀

2．5 數(shù)據(jù)存儲
紅外分析儀需要存儲的數(shù)據(jù)包括：氣體測量記錄號，日期、時間、濃度值，溫度，濕度，大氣壓力等，記錄數(shù)據(jù)量的大小取決于保存條目大小，保存種類，保存頻度及保存時長，考慮到在線測量和無人管理測量的要求，采用大容量閃存K9F1G08UOA作為儀器的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，總數(shù)據(jù)存儲量大于128 MB。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件處理的好壞直接決定系統(tǒng)處理速度的高低和計算結(jié)果的準確性，圖5給出儀器軟件的主流程，基本原則是利用環(huán)形緩沖區(qū)對數(shù)據(jù)等信息進行必要的緩存，在不影響系統(tǒng)人機交互感受的情況下達到更高速的測量和數(shù)據(jù)傳輸。在軟件的整個處理過程中最耗時也是最影響性能的地方是原始數(shù)據(jù)的處理，其中涉及到濾波，環(huán)境和探測器補償校正，消除氣體吸收交叉干擾等多種算法，在本儀器中這些算法都針對DSP做了專門的優(yōu)化，從而保證系統(tǒng)的快速運行。

系統(tǒng)首先完成初始化，包括對DSP及其外圍電路初始化，創(chuàng)建和設(shè)置原始數(shù)據(jù)，目標數(shù)據(jù)，鍵盤等信息的環(huán)形緩沖區(qū)等等。設(shè)定紅外光的調(diào)制頻率并啟動，儀器進入等待狀態(tài)，用戶可在此時對儀器做參數(shù)設(shè)定，按鍵或遠程開始命令都將使儀器進入測量狀態(tài)。在測量狀態(tài)儀器依次循環(huán)判別有無要處理的數(shù)據(jù)或命令，然后進行相應(yīng)的處理，如遠程命令執(zhí)行，原始數(shù)據(jù)計算，按鍵命令執(zhí)行，目標數(shù)據(jù)傳輸和存儲，LCD界面刷新等。
各種原始數(shù)據(jù)會按照設(shè)定的采樣率被中斷程序讀取并存入原始數(shù)據(jù)環(huán)形緩沖區(qū)，原始數(shù)據(jù)包括測量通道和參考通道的讀數(shù)，各種補償信號，測量時間等。原始數(shù)據(jù)被使用處理后。將計算得到的目標值放入目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，如果系統(tǒng)有傳輸，顯示或保存的設(shè)置，目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)將被依次使用。所有的環(huán)形緩沖區(qū)都會維護自己的讀寫指針，并在相應(yīng)的操作完成后進行修改。有些優(yōu)先級較高的命令和特殊情況不受以上流程限制，如停止命令等類似這樣的操作會在中斷中直接處理。

4 實驗結(jié)果
前文中并未提到本儀器具體測量的氣體種類，原因是該儀器在換用不同波長的濾光片并做相應(yīng)的參數(shù)修改的情況下可以用來測量多種氣體的濃度，如CO2，CO和HC等。在實驗中選擇CO2作為測試的氣體種類，在環(huán)境溫度為25℃、一個標準大氣壓下，對國家計量部門檢定合格的多種標準濃度CO2氣體使用本儀器測量，實際結(jié)果顯示，絕對誤差在0．3％，相對誤差在2％以內(nèi)，具有較好的測量精度。

5 結(jié)論
紅外氣體分析儀涉及光學(xué)、機械、電子、計算機、通信、信息融合等多學(xué)科領(lǐng)域，對軟硬件的設(shè)計和集成能力要求相對較高，本文所述的紅外氣體分析儀借助于SP的強大運算能力，不僅滿足了高速測量的要求，而且因為脫離了上位機使儀器的便攜性和安裝性大大增強，通過現(xiàn)場的運行和調(diào)試，儀器的諸多優(yōu)點得到了展現(xiàn)，如結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝維護方便，操作便捷，可長時保存數(shù)據(jù)，USB擴展等，相信隨著在線氣體分析儀的更新?lián)Q代，本儀器應(yīng)用前景越來越寬。