紅外氣體分析儀是基于不同氣體分子對特定波長紅外光有選擇性吸收的原理制成的一種物理式分析儀器，是典型的光、機、電一體化智能傳感器系統。與其他氣敏傳感器系統相比，具有靈敏度高、響應快、分析氣體種類多、量程范圍寬、可連續測量等特點。在地震預報、礦井安全、石油勘探、大氣物理、醫療衛生、污染源監測、高壓設備故障診斷、化工過程控制、冶金等傳統工業乃至現在所有的新技術革命帶頭學科如生物科學、微電子學、新型材料等領域均有著越來越廣泛的應用。

　　從國內現有的紅外分析器來看，大部分在線監測儀需上位機配合完成數據的后期處理和保存，前端僅僅完成信號探測和采集的功能，這樣的設計在一些安裝受限或長期無人監管(如污染源監測)的場合就不能適用了，針對這種狀況，本文研究開發一種基于TI公司的DSP的非分光紅外氣體分析儀，能夠獨立完成監測工作，并可將數據儲存在大容量閃存中或通過GPRS遠程傳輸，該儀器的簡潔人機接口使無論測量還是儀器標定都可方便完成，同時USB接口的添加使儀器有了更大的擴展空間，并且儀器擁有多種信號輸出方式，可以輕松與各種系統連接。

　　1 紅外分析儀的系統結構

　　紅外分析儀的系統結構框圖如圖1所示，TMS320F2812DSP發送一定頻率的調制信號控制紅外光源。紅外光源出射的紅外光，經過充滿待測氣體的氣室被特定氣體吸收，經過濾光片的選擇性透過，最后到達對應紅外探測器，探測器測得吸收后的光能量的強度，反映了氣體吸收紅外光的強弱，也就反映了氣體的濃度。紅外探測器輸出的微弱信號，經過精密的前置放大及二級放大濾波電路，得到穩定的信號，信號經過A／D轉換，送到DSP進行分析和處理，經過濾波和非線性校正，最終的測量數據將按系統設定和當前儀器狀態進行傳輸，保存，或顯示刷新。注意，這里探測器測量通道最少有2路，其中，1路為測量道，1路為參比道，這樣可以達到差分測量的效果，形成對系統噪聲和干擾的抑制，其他幾路傳感器和A／D通道用于測量溫度、濕度及氣體壓力，參與濃度的補償計算。

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　　2 系統硬件設計

　　在儀器的硬件設計中紅外光源，探測器，DSP系統及外圍電路，信號放大電路的選擇是關鍵。本儀器紅外光源選擇了IRL715紅外光源，該光源的波長范圍為從可見的光波長到5μm，5 V電壓驅動下工作壽命可達40 000 h。探測器選擇了有兩路測量通路的TPS2534G2。DSP采用了美國TI公司的TMS320F2812數字信號處理器，為32位定點DSP，內核提供高達150 MIPS的計算帶寬，大大提高了控制系統的控制精度和數據處理能力，其外圍電路主要包括：數據采集、開關量輸出、人機接口。存儲系統和USB通訊接口。信號放大電路使用了兩級AD8552運放電路串聯，AD855X系列有自動偏置調整的功能，是低頻微弱信號檢測放大器系統的首選。因本儀器重在高速DSP系統在紅外分析儀器上的應用，所以下面特別對DSP的外圍電路做個說明。

　　2．1 數據采集

　　數據采集主要負責模數轉換和信號采集，將各種需要測量的模擬量通過．A／D轉換后送到DSP。其中測量通道和參考通道的信號由紅外探測器產生，由一個A／D轉換器轉換，轉換精度為16 bit，根據要求選擇可直接與TMS320F2812接口的串行16 bit A／D轉換器；其他參與氣體濃度補償計算的信號，包括濕度、溫度和大氣壓力信號由TMS320F2812自帶的A／D分時轉換，轉換精度為12 bit。以上信號轉換后送到DSP處理器緩存。經系列復雜計算處理最終得到被測氣體的濃度值。這里給出用于測量通道和參考通道信號采集的電路設計，如圖2所示。

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　　2．2 開關置輸出

　　開關量輸出主要包括探測器溫度控制信號、光學鏡頭窗溫控信號、要素報警觸發信號(濃度，溫度，濕度)3路和1路時間觸發信號。利用DSP處理器的通用I／O口可實現數字量的輸出，74HC244實現各控制信號的驅動輸出。圖3為數字量輸出電路圖。需要注意的是：TMS320F2812處理器的電源電壓為3．3 V，而74HC244的電源電壓為5 V，兩個器件存在接口電路的電平轉換問題，不能直接連接，采用LVCl*5作為電平轉換器，實現TMS320F2812和74HC244之間的電平匹配。

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　　2．3 人機接口

　　人機接口采用LCMl68651液晶模塊作為顯示，采用中斷方式的矩陣鍵盤，人機接口的任務主要是接收鍵盤指令，完成儀器的設置，標定，測量等操作，提供實時的濃度變化曲線圖繪制，并提供對歷史數據的查詢和顯示功能。