PIC32单片机在气相色谱仪中应用方案，软硬件协同

1 主要内容

1.1课题的目的及意义

气相色谱仪是一个精密仪器，其用途非常广泛。他广泛用于石油、化工、农药、公安、白酒、环境检测、卫生防疫以及高等院校、科研部门。自1952年世界上第一次创建实用气液色谱法以来，在短短几十年间，气相色谱仪作为现代分析检测仪器的代表，已发展成为一个有相当生产规模的产业， 并形成了具有相当丰富的检测技术知识的学科。通过研究气相色谱仪的发展规律，能给使用者有益的启迪，为有关专业人员的工作带来一定的帮助。

1.2国内的外研究现状

虽然我国的气相色谱仪在短短的二、三十年间得到了长足的发展，但是这个市场的大部分配额还是长期被欧美和日本占据，主要是因为我国的技术指标还没有达到一流国家的水平，还有很多空白等待填充。

1.3本文主要的研究工作

设计一种基于Microchip 的PIC32系列单片机，通过移植ucos嵌入式操作系统设计一个控温、恒温、线性升温等指标能达到国外先进产品水平的气相色谱仪方案。使该气相色谱仪能实现了8阶以上线性控温，升温曲线上冲小，小于200摄氏度时误差可低于+_0.1°C之内，大于200摄氏度时误差可在+_0.1°C范围内。该气相色谱仪控制系统采用PIC32处理器制，实现对按键的处理，液晶的显示及与上位机的通信，温度及各功能板的控制。

2 气相色谱仪控制系统概述

2.1系统各模块简介

本系统需要595串转并、直流电机、电磁继电器、压力流量传感器、AD转换芯片、上位机通信、键盘扫描芯片、EEPROM掉电保护及液晶字库存储、液晶显示、稳压芯片等进行驱动或控制，在此，简单对这些设备进行介绍：

2.1.1 74HC595串转并

74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入(Ds)，和一个串行输出(Q7’),和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时(为低电平)，存储寄存器的数据输出到总线。

2.1.2 直流电机

直流电机在稳定性方面比交流电机更具优势，因为其电流是稳定的，能够很平稳地调整转速，故多数精密仪器都是用直流电机的，同时直流电机还可用于测速。在本系统中采用四相直流步进电机，可以对后门的闭合进行精确的控制。

2.1.3 电磁继电器

本系统是将单片机用于控制系统，而所控制的设备多是大功率器件。但是，单片机是一个弱电器件，一般情况下工作在电压为5V甚至更低，驱动电流在mA级以下。而要把它用于一些大功率场合，就要有一个“功率驱动”环节来衔接，常用的功率驱动有晶体管驱动、继电器驱动等。其中继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。继电器驱动含有两层含义：一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件;还有就是继电器去驱动中间继电器、接触器、电动机等其他负载。所以，继电器驱动是单片机与其他大功率负载的接口。

2.1.4 压力流量传感器

两路流量表模拟信号输入：流量1：(氮气/氢气);流量2：(氮气/氢气);

两路传感器采用霍尼韦尔AWM3100V，3PIN，工作电压10V，无气体输入时 Output voltage=1.00_+0.5VDC，输出电压和输入气体流量成线性正比例变化，氮气/氢气比例不同需要修正，空气=氮气=1.0;氢气=0.7;

两路压力表：霍尼韦尔26PCF，4PIN，工作电压10V，可测量压力范围0-100psi和输入气体流量成线性正比例变化，满量程是输出100mv,灵敏度1mv/psi。

2.1.5 AD转换芯片

AD转换芯片采用ADS1248 TI 公司的ADS1246, ADS1247和ADS1248是高度集成的24位精密ADC,自带参考电压、可编程恒流源、内部晶振、内部模拟开关切换、集成了低噪音可编程增益放大器(PGA),带单周期设定数字滤波器的精密Delta-Sigma ADC以及振荡器,组成了完整的温度/桥式传感器应用包括热耦合,电热调节器,RTD和应力测量的前端解决方案.

2.1.6 上位机通信

使用LabView做了一个操作界面，通过串口连接到电脑，使气相色谱仪系统的控制不仅可以通过真实的按键，也可通过电脑进行远程控制，方便用户。

2.1.7 键盘扫描芯片

由于气相色谱仪的控制系统较为复杂，按键较多，为节省CPU的IO口，使用了一个按键扫描芯片来ZLG7289接受按键值，ZLG7289B是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的，具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动