[发明专利]一种基于FPGA的库伦测硫仪控制系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的微库仑侧流仪控制系统及控制方法，包括FPGA、通讯电路、裂解炉加热电路、温度测量电路、指示电极测量电路、电解电极控制电路、电解电流测量电路、电机驱动电路和位置测量电路，所述FPGA内部设有主控制模块、RAM模块、通讯模块、温度控制模块、电解控制模块和进样器控制模块。所述RAM模块读写数据独立进行，提高系统处理速度。各测量控制电路与FPGA引脚连接时均采用光耦隔离，避免外部环境干扰FPGA工作。通讯模块、温度控制模块、电解控制模块和进样器控制模块均独立运行，提高系统的实时性和可靠性。

技术领域

本发明涉及电化学分析仪器领域，特别涉及一种基于FPGA的库伦测硫仪控制系统。

背景技术

目前，人们的环保意识逐渐增强，对化石燃料中含硫量更加重视。微库仑测硫仪因具有精度高、快速、智能等优点，在测硫市场上得到广泛应用。微库仑测硫仪主要由控制系统、上位机、进样器、裂解炉、电解池组成。控制系统和上位机通讯，接受上位机命令，并向上位机发送数据，上位机根据数据计算出硫含量。进样器向裂解炉缓慢添加待测样品，在高温作用下，与氧气生成SO₂气体，进入电解池。电解池中指示电极电压和电解液中碘离子浓度成正比，SO₂会消耗碘离子，而电解电极在电压作用下会补充碘离子，维持碘离子平衡。最终，电解电流的积分值和S含量成正比。目前微库仑测硫仪大多使用ARM作为微控制器，各功能模块需要逐一运行，在实时性上略有欠缺。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是设计一种基于FPGA的微库仑测硫仪控制系统及控制方法，根据FPGA的特点，优化各功能模块，提高系统的实时性和可靠性。

本发明公开了一种基于FPGA的微库仑测硫仪控制系统，包括主控制模块和与主控制模块相连的

通讯机构，用于接收上位机测量指令和将获得的电解电压数据发送至上位机，供上位机处理、

RAM模块，用于存储电解电压数据，并在接收到主控制模块发送的读数据命令后，读取电解电压数据，并发送给通讯机构、

进样器控制模块，用于控制进样器向裂解炉中添加样品、

温度控制模块，配合温度测量电路，用于调节裂解炉温度、

电解控制模块，用于计算当前指示电极电压与初始电压的差值；

电解电流测量电路，与电解控制模块相连，用于获取电解电流，并在电解状态下，电解电流测量电路将电解电流转换成电压信号，存入RAM模块；

还包括裂解炉加热电路，由温度控制模块控制裂解炉加热电路对裂解炉进行加热或降温，使裂解炉温度维持在指定温度范围内、

指示电极测量电路，为系统提供指示电极电压、

电解电极控制电路，用于向电解电极施加电解电压，使电解池电解，和

位置测量电路，用于监测进样器是否完全进样，并向进样器控制模块反馈信号，在进样器完全进样时停止工作；

温度控制模块配合温度测量电路构成裂解炉温度反馈调节系统，当裂解炉温度稳定后，温度控制模块向主控制模块发送温度稳定信号；

指示电极测量电路获取初始电压后，向主控制模块发送电解液稳定信号。

通讯机构包括通讯电路和通讯模块，通讯模块与主控制模块相连，通讯电路与通讯模块相连，该通讯电路与上位机相连，在通讯模块控制下接受上位机指令。

通过电解电极控制电路向电解电极施加与当前指示电极电压与初始电压的差值成正比的电接电压，补充电解液中碘离子浓度。

系统进行初始化时，从指示电极测量电路不断获取指示电极的电压，并取平均值作为初始电压。