基于SOPC的在線分析儀器的信息管理設(shè)計

其中C++ 中部分代碼如下：

1.6 TCP/IP 傳輸

TCP/IP 傳輸是方便數(shù)據(jù)能夠通過互聯(lián)網(wǎng)把實時數(shù)據(jù)傳到本地監(jiān)控中心或環(huán)境監(jiān)測中心，其TCP/IP 通訊界面如圖7 所示。在基于SOPC 的在線分析儀器平臺，可以利用 NiosII 這個用戶可定制的CPU 來增加新的外設(shè)、新的指令，分配外設(shè)的地址等。用戶可以直接在客戶端通過IE 瀏覽器訪問服務(wù)器，瀏覽存儲在Flash 中的信息。根據(jù)Web 服務(wù)器的原理， Altera公司新提供的Nichestack TCP/IP Stack 協(xié)議設(shè)計實現(xiàn)了應(yīng)用程序提供的標(biāo)準(zhǔn)的Socket 接口以及TCP/IP 等協(xié)議。

由于設(shè)計采用了Altera 公司低端的一款FPGA,數(shù)據(jù)存儲能力比較有限，所以在設(shè)計中通過RS232 讀出數(shù)據(jù)，再通過上位機(jī)傳輸給網(wǎng)絡(luò)。TCP/IP 通訊功能已經(jīng)在某公司實時監(jiān)控視頻傳輸中成功實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)驗證

圖8 所示是最小二乘法擬合氧含量和輸出電壓的曲線圖。

操作時可選取10 個數(shù)據(jù)點(diǎn)，在最常用的Excel 中實現(xiàn)最小二乘曲線擬合。(x,y)是根據(jù)樣氣濃度選擇的待測氣體的測量點(diǎn)，x 為傳感器輸出電壓值，y 為對應(yīng)的樣氣中的氧含量值，n為擬合多項式的次數(shù)。其中x 和y 取值分別為表2 中的標(biāo)準(zhǔn)氣值和傳感器輸出電壓。從n=2 即二次多項式擬合開始，經(jīng)過試驗，當(dāng)n=5 時，即擬合多項式的格式為：

設(shè)計以該5 次方程替代能斯特方程，能夠精確地計算出氧氣含量，精度滿足儀器設(shè)計要求[3].Excel 最小二乘法實現(xiàn)氧含量與對應(yīng)輸出電壓曲線擬合如圖8 所示。圖中曲線為輸出電壓的擬合曲線。擬合多項式系數(shù)和擬合精度評定如表1所列。

將擬合多項式系數(shù)a,b,c,d,e 通過儀表鍵盤輸入到儀表系統(tǒng)中，當(dāng)開啟儀表“非線性校準(zhǔn)”功能時，儀表將根據(jù)5 次方程將檢測到的電壓信號換算成濃度信號并顯示在測量界面。將氧化鋯傳感器加熱到700 ℃，控制標(biāo)準(zhǔn)氣體流量280 ml/min,分別通入五組標(biāo)準(zhǔn)樣氣，測量結(jié)果如表2 所列。

由表2 可見，用最小二乘原理擬合曲線代替能斯特計算公式，儀器測量的氧含量整體誤差小于0.5%,達(dá)到0.5 級表的要求。換幾組氣測試，測試結(jié)果也在誤差范圍內(nèi)。其測試結(jié)果如表3 所列。

3 結(jié) 語

本文首先對上位機(jī)的信息管理的核心做了部分設(shè)計，包括了非線性驗證和TCP/IP 通訊的實現(xiàn);然后對基于SOPC 的在線分析儀器智能平臺的數(shù)據(jù)處理做了驗證，結(jié)果表明，本儀表能達(dá)到0.5 級表的要求。