基于嵌入式设计的废气处理自动控制系统研究

仝佳鑫

摘 要：廢气处理是一项十分重要的工作，做好废气处理，不仅可以最大程度的减少对人体健康的影响，还能实现生态环境保护。在科学技术的影响下，嵌入式设计被应用到废气处理中，实现了自动控制，极大满足了人们需求。为做好嵌入式废气处理自动控制系统设计，本文认为应从方案设计、硬件选型、参数监测子系统以及软件设计等部分着手。

关键词：嵌入式；废气处理；自动控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0019-02

废气处理自动控制系统的实现需要得到嵌入式平台的支持，利用该平台不仅可以实时了解废气处理流程，还能顺利完成重要数据采集，实现动态管理。在废气处理自动控制系统中，最重要的部分为参数监测字系统，同时也包括硬件与软件设计。因此，有必要对基于嵌入式设计的废气处理自动控制系统展开研究。

1 方案设计与硬件选型

1.1 方案设计

废气存在之处环境相对恶劣，要做好废气处理系统设计，应满足以下几点要求：

（1）自动化，在废气产生以后能够自动收集与处理；（2）精准化与抗干扰性；（3）动态性与保存性，能够根据现场实际情况将重要信息保存下来；（4）校准性与扩展性，在实际设计的过程中，一定要强化扩展性，促进系统升级。同时，废气处理自动控制系统还要做到体积小、高可靠性[1]。

在正式设计以前应绘制好系统硬件原理图，首先设计好温度、液位、流量以及压力传感器，在信号调理电路的作用下，完成设计好数据采集模块、继电器模块、交流电输出控制电路等设计，然后在PC104总线的作用下完成嵌入式中央处理器模块设计，然后经过显示驱动电路的作用，就可以顺利将所收集到的信息真实在LED显示屏上。在这些构件中，信号调理与数据采集起到参数采集与变换处理的作用；中央处理器则是在PC104总线的作用下进行传感信号收集，且在PC104总线的作用下，可以全面监测各个参数值的情况，并强化动态监测的体现，然后，还可以将这些参数存储到固定设备中，满足实际运行需求。同时，对于中央处理器来说，可以通过分析传感器数据了解继电器实际动作，并在继电器控制的作用下完成交流电输出等，这样就可以实现对电磁阀的控制，进而实现废气处理控制；同样，在该系统中，数据显示模块的责任则是完成来自中央处理器数据的译码，然后促进LED将相关数据信息展示出来[2]。总的来说，不同的构件有着不同的作用，缺少了其中任何一个都无法完成废气自动化处理。

1.2 硬件选型

为做好废气处理自动控制系统设计，在硬件选型阶段，一定要加强以方案设计的联系，通常情况下，在数据采集模块中主要应用的硬件为EAD1612，之所以选用该硬件，与其为中速A/D模块有关，这样就可以将PC104和中央处理器连接在一起，共同构成高性能采集与控制系统。通过对A/D模块的研究可以发现，它主要依靠12位逐次逼近变换器工作，在该变换器的作用下，吞吐量较大，最低可以达到100000个/s[3]。

如在数据采集模块设计中，不仅要加强温度传感设计，还要做好液位电信号输入设计，在实际设计的过程中，首先应联系实际情况选择合适的检测仪表，仪表选择情况如何将直接影响到废气处理自动化系统的运行情况。在选择PH检测设备的过程中，可以将电位测量法应用进来，了解电极电位实际情况，获得相应的参数；在温度传感器选择的过程中，最好选择LT/W型检测设备，该设备主要构成部分为铂电阻，其电阻值受温度影响较大，但其具有良好的传输效果，传输精度也很高。在选择液位仪的过程中，最好选择超声波液位仪，应用这种液位仪不仅可以降低测量误差，还能保证输出电流信号标准。通过实验研究发现，这种液位仪被应用以后，测量误差最大不超过1%，基本接近于真实情况，这样一来的设计与设计要求基本相符，可以有效提升废气处理自动控制能力[4]。

在基于嵌入式设计的废气处理自动控制系统硬件选型中，继电器部分是在PC104总线的基础上得来的，它可以与中央处理区实现栈接，这样一来，中央处理器也可以顺利完成继电器控制，实现继电器电路输出等，不仅可以完成电磁阀控制，还能有效强化系统自动控制能力[5]。

2 参数监测子系统

该部分是基于嵌入式设计的废气处理自动控制系统的要点，在该部分中主要应用了Vortex86SX-6154，它的应用不仅可以顺利完成信号采集与样本收集，还能强化数据处理。要做好参数监测子系统设计，应从以下几方面入手：

2.1 信号调理电路

它主要负责传感器信号的调整与转换，其要义是让传感器信号与A/D模块输入要求相吻合，一般情况下，传感器信号所需的电流在4-20mA之间，那么在利用A/D模块做转换的过程中就要先完成电压信号转换，转换方式如图1所示[6]。

在上图1中，R1是传感信号输出电阻，C1具有信号滤波的能力，要促进信号转换，在实际利用的过程中，还要应用信号变换公式，以此完成信号转换等工作。公式如下：

U1=I1*R1*

其中，代表是的电压放大倍数，如果要让电压放大倍数发生变化，就需要变化R4。在实际设计中，为保证实际设计效果，可以将三极管应用进来，最好选择PNP型三极管，随着它的应有可以有效增强输出能力，保证电压始终处于稳定运行状态，这样就可以满足实际要求。

2.2 数据显示驱动电路

在嵌入式废气处理自动控制系统中，数据显示驱动电路主要承担着译码的任务，但仅限于来自中央处理器的数据，然后在以动态的形式将这些数据显示出来。一般情况下，在驱动芯片上的数据基本都以位译码或段译码的形式展示出来，最多可显示7段8位码[7]。为防止数码管电流过高，有必要将二极管应用其中，以此延长数码管运行时间，同时为避免噪音存在给电路带来的不利影响，可以在驱动电路输入端应用旁路电容，这样可以最大程度的减少噪音。此外，在数据显示驱动电路设计的过程中，还要做好防护设计，保护电路在正常使用的过程中不会受到外界因素的不利影响，只有这样才能实现其应有价值，最大程度的实现处理作用。

3 软件设计

在嵌入式废气处理自动控制系统的软件设计中，多采用模块化设计，其作用是保证软件具有良好的移植性与维护性。为做好软件设计，有必要将Turbo C语言应用其中，主要用于传感器自动标定与监控设计，以此强化控制系统的抗干扰能力，实现软件设计应有作用。在软件设计的过程中还要注意先进技术的应用，为保证废气处理自动系统能够发挥应有作用，相关设计人员在设计中一定要注意现代科学技术的应用，提高设计能力，只有这样才能保证设计完整。

3.1 抗干扰设计

通过研究变换采集通道可以发现，很多开关处于稳定状态下，很容易出现采样数据振动，这种情况的出现意味着出现了干扰，为减少这种情况的出现，在正式设计前就要通过空循环的方式减少开关振动等。在这一过程中，一定要做好数据数字滤波，在数字濾波中，拥有多种滤波方法，在实际设计中最好采用防脉冲干扰滤波法，之所以采用这种方法主要是由于它既有均值滤波的优点，又有中值滤波的优点，将其应用到软件设计中可以最大程度的减少外界干扰，能够有效提升软件的抗干扰能力[8]。同时，还可以将现代具有良好抗干扰能力的设备应用进来，但在实际利用的过程中一定要注意与设备实际情况的联系，避免将其应用以后影响系统正常运行，只有应用正确的技术才能实现最大价值，降低由此带来的不利损失。随着这种抗干扰技术的利用，不仅可以先完成采集数据之间的对比，还能计算出数据平均值等，进而为强化系统稳定性，做好软件设计奠定基础，同时在该软件中还具有良好的开机自检能力与自恢复能力，这些都为诶强化抗干扰设计奠定了基础。

3.2 软件流程设计

在嵌入式废气处理自动控制系统软件设计中，流程设计是不可忽视的一部分，要做好软件流程设计，应构建软件流程设计图，并有步骤有计划的开展设计工作，如从系统初始化设计开始，促进系统自我检测，然后开启电磁阀，实现加液，看是否存在有击键信号，如果存在，那么就逐一关闭电磁阀，直到全部关闭为主；如果不存在，那么就要选择合适的通道，强化A/D转换，在转换结束以后立即获取相关数据，且测试数字滤波；若未能完成转换，就要检查所有传感器信号是否进行了采集工作，若完成了采集，便可标度物理量，再将译码在LED屏上显示出来，在这一过程中注意液位状况，如果液位在55cm以上，便关闭电磁阀，如果未能关闭，便看开始计时输液，时间控制在60分钟左右，然后完成参数数据存储，在开启电磁阀以前，还要了解其实际温度，温度最高不超过35摄氏度[9]。并要求所有人员都要按照既定规定涉及，如果在设计中出现违规行为，就要采取一定的惩罚措施，只有按照该流程设计，才能顺利完成软件设计，满足实际设计需求，真正发挥废气处理自动化系统应有作用。

3.3 数据保存设计

在基于嵌入式设计的废气处理自动控投入使用的过程中，经常会产生大量监测参数，这也是用于废气处理工程性能检测的重要依据，所以，就要做好这部分数据的保存。在数据保存设计中应做到实时保存，为实现这一目标，最好每隔10s自动存储一次，也就是实现自动存储设计，同时也应做好自动改写程序设计，将所有数据及时存储到相应的设备中，如内存卡等，以备日后检查使用。通过这样的设计，不仅降低了数据设计难度，还便于携带或外出使用，极大的满足了实际设计需求。

4 结语

通过以上研究得知，在基于嵌入式设计的废气处理自动控制系统中，一定要做好小巧设计，强化系统的稳定性与可靠性，且加强自动化设计，在需要系统升级的阶段，系统便可自行升级，同时，还要做好抗干扰设计，保证系统始终处于稳定运行状态。为确保嵌入式设计，应多次到现场调试，只有这样才能最大程度的体现系统设计性能，满足实际设计需求。

参考文献：

[1]张玉良.基于嵌入式DSP的光电平台图像自动调焦控制系统设计[J].国外电子测量技术，2014（07）：64-66+72.

[2]郭健，孙青，黄霞.基于嵌入式控制系统的视觉导引自动小车设计[J].测控技术，2012（07）：38-41+49.

[3]高超，单伟.基于嵌入式控制器的自动控制系统设计[J].电子工业专用设备，2012（08）：23-30.

[4]赵伟，韦永斌.基于嵌入式系统的施工升降机自动控制系统设计[J].制造业自动化，2012（21）：52-54.

[5]贾永刚，程志勇，郭锐，宋立博.配网导线自动清洗机器人嵌入式控制系统设计与实验研究[J].科学技术与工程，2016（07）：220-224.

[6]付正森.基于嵌入式系统的施工升降机自动控制系统设计[J].数字技术与应用，2016（05）：2+5.

[7]王耀南，申永鹏，孟步敏，李会仙，袁小芳.车用汽油发动机电子控制系统研究现状与展望[J].控制理论与应用，2015（04）：432-447.

[8]周小凤.电石炉电极升降的嵌入式自动控制系统设计[J].包头职业技术学院学报，2015（03）：22-24.

[9]张建波，殷群.嵌入式太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计[J].桂林电子科技大学学报，2010（03）：247-249.