一种甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法与流程

本发明提供了一种甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，属于信号采集。

背景技术：

1、氢火焰离子化检测器(fid)又称氢焰离子化检测器，主要用于可在h2-air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。来自色谱柱的有机物与h2-air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下(几百伏)形成电流，经放大后测量电流信号。

2、现有技术中利用氢火焰离子化检测器(fid)检测目标物中甲烷/非甲烷总烃，通过对fid检测器的输出信号进行采集，从而获取相关数据。常用的数据采集方法为将fid的信号调理，获得调理后的输出电压v，然后通过adc芯片对输出电压v进行采样，将采样的信号存储后直接发送给显示屏。

3、目前所采用的数据采集方法如图1所示，此方法存在以下缺陷：1、当mcu在读取adc信号时，可能被中断打断，导致读取的信号不准确，会产生噪声。2、甲烷/非甲烷总烃在线分析仪对信号噪声有较高的要求，通常对adc采集的信号做平滑滤波处理，但平滑滤波容易造成数据响应延迟过大，从而导致峰型失真。3、定时器控制adc采样频率时，通常在定时器中断完成adc采样，这样会导致定时器频率不稳定，从而影响采样频率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，本发明中利用ucos实时多任务系统来多任务采集，并利用mcu的定时器分开存储采样数据和谱图数据，同时对采样信号将电压进行7点5次平滑和卡尔曼滤波算法处理，减小了信号噪声的同时也保证了峰型不失真，保证了adc采样的准确性，减少无效数据，提高采样效率和程序运行速度。

2、本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，包括以下步骤：

4、(1)将fid检测器输出信号进行调理，获得调理后的输出信号v；

5、(2)ucos实时多任务操作系统控制adc采样，执行adc采样任务，adc采样任务运行后会被挂起，等待“开始采样”信号，在等待过程中，其他程序(包括采样任务、通讯任务、报警任务、菜单显示任务等)正常运行；

6、(3)在mcu的定时器tim1中根据采样周期设置频率，定时进入中断发送“开始采样”信号，同时调用步骤(6)中存储在mcu里的上一个采样周期内处理后的信号v1数据并保存；

7、(4)adc采样任务在接收到“开始采样”信号后，开始一次adc采样，adc设置为多路连续采样模式，单次adc采样任务完成后该任务后会被挂起，继续等待“开始采样”信号，在等待过程中，其他任务正常运行；

8、(5)通过设置阈值，确定adc多路连续采样模式下的采样有效值；

9、(6)将adc采样有效值进行线性平滑和卡尔曼滤波算法处理，经过处理后的信号v1数据存储在mcu中，等待程序的调用；

10、(7)mcu的定时器tim2根据采样周期初始化频率，定时将处理后的信号v1数据保存到data数组中；

11、(8)mcu的软定时器tmr0根据采样周期初始化频率，定时将data数组中的数据发送到显示屏，并且将数据以谱图的形式显示出来；

12、(9)将数组data中的数据全部清零；

13、(10)重复步骤(2)至步骤(8)，把fid的信号实时采集并将数据以谱图的形式显示出来。

14、进一步的，步骤(4)中多路连续采样模式具体为：adc同时读取至少三个通道的信号，其中第一通道为主通道，其他通道为辅助通道。

15、进一步的，步骤(5)中采样有效值的确定方法为：将辅助通道的电压值取平均，计算出平均电压v_avg，主通道采样计算的到的电压值为v，将v_avg作为本底与v比较，如果v与v_avg的差值小于设置的阀值t，则确定主通道电压v是有效值；反之如果v与v_avg的差值大于设置的阀值t，则主通道电压v为无效值，采用v_avg本底作为有效值。

16、进一步的，步骤(6)中具体将采样有效值经过了7点5次平滑处理后，再加入卡尔曼滤波算法处理。

17、进一步的，所述mcu采用stm32f407芯片。

18、与现有技术相比，本发明提供的甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法具有以下优点：1、本发明中采用adc多路连续采样模式，将辅助通道作为本底实时判断采样信号噪声，当噪声大于阀值时，舍弃主通道采样值将本底值作为有效信号，保证了adc采样的准确性同时也保证了adc采样的实时性。2、数据采集后经过7点5次平滑和卡尔曼滤波算法处理，其中7点5次平滑具有轨迹平滑的作用，能使分析仪谱图更加美观，但是7点5次平滑滤波对噪声的处理能力有限，加入卡尔曼滤波后，能更加有效除去谱图噪声，保证谱图重复性。将两种算法叠加使用，在保证峰型和噪声的同时，数据响应快，不会出现峰型失真，分析仪线性等性能指标也不受影响。3、本发明中采用定时器加信号量方式控制adc采样频率，使定时器频率更加稳定，从而采样频率也会更加稳定。

技术特征：

1.一种甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，其特征在于：步骤(4)中多路连续采样模式具体为：adc同时读取至少三个通道的信号，其中第一通道为主通道，其他通道为辅助通道。

3.根据权利要求2所述的甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，其特征在于：步骤(5)中采样有效值的确定方法为：将辅助通道的电压值取平均，计算出平均电压v_avg，主通道采样计算的到的电压值为v，将v_avg作为本底与v比较，如果v与v_avg的差值小于设置的阀值t，则确定主通道电压v是有效值；反之如果v与v_avg的差值大于设置的阀值t，则主通道电压v为无效值，采用v_avg本底作为有效值。

4.根据权利要求1所述的甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，其特征在于：步骤(6)中具体将采样有效值经过了7点5次平滑处理后，再加入卡尔曼滤波算法处理。

5.根据权利要求1所述的甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，其特征在于：所述mcu采用stm32f407芯片。

技术总结
本发明中提供了一种甲烷/非甲烷总烃在线分析仪数据采集方法，首先利用UCOS实时多任务操作操作系统来实现多任务的同时运行，保证ADC采样时序。然后通过设置阈值确定ADC多路连续采样模式下的采样有效值，并将ADC采样有效值进行线性平滑和卡尔曼滤波算法处理；最后定时器使用固定频率读取ADC采样数据存储和将ADC的采样值实时显示。本发明中利用UCOS实时多任务系统来多任务采集，并利用MCU的定时器分开存储采样数据和谱图数据，同时对采样信号将电压进行平滑和卡尔曼滤波算法处理，减小了信号噪声的同时也保证了峰型不失真，保证了ADC采样的准确性，减少无效数据，提高采样效率和程序运行速度。

技术研发人员：陶晗,汤涛,汪天照,张威,柏盛,赵利文
受保护的技术使用者：武汉日臻环净科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20