基于SOPC的在線分析儀器的信息管理設計

其中C++ 中部分代碼如下：

1.6 TCP/IP 傳輸

TCP/IP 傳輸是方便數據能夠通過互聯網把實時數據傳到本地監控中心或環境監測中心，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、新的指令，分配外設的地址等。用戶可以直接在客戶端通過IE 瀏覽器訪問服務器，瀏覽存儲在Flash 中的信息。根據Web 服務器的原理， Altera公司新提供的Nichestack TCP/IP Stack 協議設計實現了應用程序提供的標準的Socket 接口以及TCP/IP 等協議。

由于設計采用了Altera 公司低端的一款FPGA,數據存儲能力比較有限，所以在設計中通過RS232 讀出數據，再通過上位機傳輸給網絡。TCP/IP 通訊功能已經在某公司實時監控視頻傳輸中成功實現。

2 系統調試和數據驗證

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 個數據點，在最常用的Excel 中實現最小二乘曲線擬合。(x,y)是根據樣氣濃度選擇的待測氣體的測量點，x 為傳感器輸出電壓值，y 為對應的樣氣中的氧含量值，n為擬合多項式的次數。其中x 和y 取值分別為表2 中的標準氣值和傳感器輸出電壓。從n=2 即二次多項式擬合開始，經過試驗，當n=5 時，即擬合多項式的格式為：

設計以該5 次方程替代能斯特方程，能夠精確地計算出氧氣含量，精度滿足儀器設計要求[3].Excel 最小二乘法實現氧含量與對應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。擬合多項式系數和擬合精度評定如表1所列。

將擬合多項式系數a,b,c,d,e 通過儀表鍵盤輸入到儀表系統中，當開啟儀表“非線性校準”功能時，儀表將根據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 ℃，控制標準氣體流量280 ml/min,分別通入五組標準樣氣，測量結果如表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%,達到0.5 級表的要求。換幾組氣測試，測試結果也在誤差范圍內。其測試結果如表3 所列。

3 結 語

本文首先對上位機的信息管理的核心做了部分設計，包括了非線性驗證和TCP/IP 通訊的實現;然后對基于SOPC 的在線分析儀器智能平臺的數據處理做了驗證，結果表明，本儀表能達到0.5 級表的要求。