半导体激光器控制及TDLAS数据采集系统的软件设计

摘要

近年来，随着国家对于环境保护的日趋重视，以及出于保证工业生产安全高效进行的需要，光学非接触式的气体检测技术发展十分迅速。基于可调谐激光吸收光谱的气体测量技术(TDLAS)具有无需预标定，响应快速，数据准确，多参数同时检测等优势，成为了当前气体实时在线检测的代表性技术之一。嵌入式系统以其本身体积小，实时性高，稳定性好，支持以太网等优点，成为工控领域运用的热点。本论文依据嵌入式系统的特点，设计出符合TDLAS系统要求的激光器系统软件及数据采集系统中数据传输的软件。
　　本文首先简要地概述了课题研究的背景、意义和主要技术的发展现况。对TDLAS原理及系统组成部分进行阐述，介绍了激光器系统和数据采集系统实现的相关技术、虚拟仪器技术。其次，重点讨论了激光器系统嵌入式软件的设计，包括采用LM3S328型ARM处理器的激光器系统中激光器温度、电流参数实时采集，温度控制的实现；设计与实现上位机模块的软件，上位机实现对激光器温度、电流的实时监测及显示，并可对温度进行设定及超温报警。此激光器系统软件实现了稳定地对系统进行远程实时的监测和控制，使其完全满足工业化现场控制的要求。再而，重点讨论了TDLAS数据采集系统中数据传输软件的设计，包括TMS320C6457型数字信号处理器(DSP)中的嵌入式以太网服务器的设计及其传输效率最大化的实现，上位机客户端模块的设计与实现。通过对网络传输及数据存储的优化，此数据采集系统软件实现对速率高达48MByte/s的实时高速数据通过网络进行无丢失的传输、保存，并实现在多通道的采样中通道可选性，且可方便地对数据进行连续性验证。
　　最后，在实际应用环境中的运行结果表明，激光器系统及数据采集系统能够实现TDLAS技术的要求并满足工业化要求。