为了满足我国日益严格的烟气排放监测要求，基于自身在电力环保领域的技术积累和丰富经验，国电科学技术研究院（国电环境保护研究院）于2009年11月2日对固定污染源烟气（SO2、NOX、烟尘）排放DOAS法直接测量技术研究及系统研制项目予以正式立项，目的在于研制出可广泛应用于火力发电厂、各种工业窑炉锅炉、垃圾焚烧厂等场合的更高性能的烟气浓度直接测量仪器。烟气分析仪就是在这样的背景下产生的，它的基本构成就是数据采集系统。

数据采集系统是计算机在工业控制系统中zui为普遍的应用系统。在生产工程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理工程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。

1 烟气分析仪原理

本系统分为下位机和上位机两部分。

下位机主要完成信号的采集与传输功能；上位机主要完成信号的分析处理与存储功能。

下位机需要采集温度、湿度、浓度等各种量。传感器的标准输入信号为4-20MA的电流信号。通过A/D转换，转变为数字信号。经过ARM处理器LPC2103的分析处理，在液晶屏上显示。通过RS232串行接口与上位机进行通信[1]。

上位机通过RS232接口接收下位机传来的数据，通过VB编程实现数据的处理与存储功能。

系统框图如图1所示：

2 系统硬件设计

烟气分析仪的硬件包括处理器模块、温度测量模块、湿度测量模块、浓度测量模块、液晶显示模块。

本设计采用的处理器为ARM7系列的LPC2103，它是一个支持实时仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并带有8kB，16kB或32kB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在zui大时钟速率下运行。较小的封装和很低的功耗使LPC2103特别适用于访问控制和POS机等小型应用中[2]。

本系统所用的液晶显示屏CM12864-2是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示8×4个（16×16点阵）汉字。

本系统所用的湿度传感器DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与的长期稳定性。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至zui为苛刻的应用场合的zui佳选择。产品为4针单排引脚封装[3]。

本系统所用的热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度[4]。

K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。

烟气浓度传感器输入的是标准的4-20MA电流信号，通过A/D转换，转变为数字信号。

3 系统软件设计

系统软件流程图如图2所示：

在测量时，LPC2103发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。

进行温度和湿度的测量时，由传感器输入的标准4-20MA电流信号，通过150欧姆的电阻，转变为0.6-3V的电压信号。LPC2103通过A/D转换功能转变成数字信号。

下位机与上位机通信通过RS232串行接口进行连接。上位机采用VB进行编程。

在VB6.0编程环境下，新建工程并引用MSComm控件，在窗体中添加所需控件，构建一个合理的收发界面。在窗体中还需要添加以下几个基本控件[5]：

1）MSComm控件，主要用于软件对串口的访问。

2）定时器控件，用于使PC机定时向下位机发送命令，使其定时回传实时数据。

3）非周期命令发送按钮，用于非周期性指令的传送启动。

4）数据保存按钮，用于将采集到数据保存为文本文件，便于数据处理。

5）用于接收数据和发送数据的文本框。

利用MSComm控件实现计算机通信的关键是理解并正确设置MSComm控件众多属性和方法。以下是MSComm控件的常用属性和方法：

Commport：设置或返回串口号，类型short。

Settings：以字符串的形式设置或返回串口通信参数。

Portopen：设置或返回串口状态。

InputMode：设置或返回接收数据的类型。

Inputlen：设置或返回一次从接收缓冲区中读取字节数，类型short。

Input：从接收缓冲区中读取数据并清空该缓冲区，该属性设计时无效，运行时只读。

Output：向发送缓冲区发送数据，该属性设计时无效，运行时只读。

Rthreshold：当接收缓冲区中字符数达到该值时，MSComm控件设置Commevent属性为ComEvRe-ceive，并产生OnComm事件。

Sthreshold：当发送缓冲区中字符数小于该值时，MSComm控件设置Commevent属性为ComEvSend，并产生OnComm事件。若Sthreshold属性设置为0，则不产生OnComm事件。

CommEvent：串口事件，该属性设计时无效，运行时只读。一旦串口发生通信事件或产生错误，依据产生的事件和错误，MSComm控件为CommEvent属性赋不同的代码，同时产生OnComm事件。用户程序就可在OnComm事件处理程序中针对不同的代码，进行相应的处理。

4 总结

本文设计的基于ARM的烟气分析仪，采用高速嵌入式CPU做为核心模块，具有很高的模块化程度和可扩展性，并极大地提高了系统的稳定性与准确性。该系统已调试通过，运行正常。适用于火力发电厂、各种工业窑炉锅炉、垃圾焚烧厂等场合的更高性能的烟气浓度直接测量等领域，因此具有广阔的应用前景。