基于SOPC的在線(xiàn)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)把實(shí)時(shí)數據傳到本地監控中心或環(huán)境監測中心，其TCP/IP 通訊界面如圖7 所示。在基于SOPC 的在線(xiàn)分析儀器平臺，可以利用 NiosII 這個(gè)用戶(hù)可定制的CPU 來(lái)增加新的外設、新的指令，分配外設的地址等。用戶(hù)可以直接在客戶(hù)端通過(guò)IE 瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，瀏覽存儲在Flash 中的信息。根據Web 服務(wù)器的原理， Altera公司新提供的Nichestack TCP/IP Stack 協(xié)議設計實(shí)現了應用程序提供的標準的Socket 接口以及TCP/IP 等協(xié)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(guò)RS232 讀出數據，再通過(guò)上位機傳輸給網(wǎng)絡(luò )。TCP/IP 通訊功能已經(jīng)在某公司實(shí)時(shí)監控視頻傳輸中成功實(shí)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(xiàn)圖。

操作時(shí)可選取10 個(gè)數據點(diǎn)，在最常用的Excel 中實(shí)現最小二乘曲線(xiàn)擬合。(x,y)是根據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(kāi)始，經(jīng)過(guò)試驗，當n=5 時(shí)，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(mǎn)足儀器設計要求[3].Excel 最小二乘法實(shí)現氧含量與對應輸出電壓曲線(xiàn)擬合如圖8 所示。圖中曲線(xiàn)為輸出電壓的擬合曲線(xiàn)。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(guò)儀表鍵盤(pán)輸入到儀表系統中，當開(kāi)啟儀表“非線(xiàn)性校準”功能時(shí)，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(jiàn)，用最小二乘原理擬合曲線(xiàn)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(yǔ)

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(xiàn)性驗證和TCP/IP 通訊的實(shí)現;然后對基于SOPC 的在線(xiàn)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。