基于PID控制粉塵濃度測量儀的實(shí)現(xiàn)

摘要：為了擴(kuò)大粉塵測量儀的測量范圍，采用一種自適應(yīng)的測量方法，即根據(jù)被測環(huán)境粉塵的濃度自動調(diào)節(jié)傳感器的接收靈敏度，并結(jié)合相應(yīng)的軟件算法，使高、低濃度的粉塵都能得到有效測量。在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用PID算法對測量過程進(jìn)行控制，使測量儀在運(yùn)行中進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，以降低測量數(shù)據(jù)的振蕩。通過對煙霧釋放出粉塵的濃度測量，運(yùn)用Matlab對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到了平滑的響應(yīng)曲線。實(shí)測結(jié)果表明，該方法有效地?cái)U(kuò)大了測量范圍，使測量范圍達(dá)到了0．01～48 mg／m3。
關(guān)鍵詞：自適應(yīng)；粉塵測量；PID；數(shù)字濾波

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，空氣中粉塵的污染越來越嚴(yán)重，這一污染嚴(yán)重危害著人類健康，因此粉塵濃度的測量在治理環(huán)境污染，保護(hù)人類健康領(lǐng)域中意義重大。粉塵濃度的測量方法多種多樣，目前我國一些環(huán)保部門仍采用“濾膜稱重法”測量粉塵濃度，這種方法不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測量，且測量誤差較大。國外均采用基于光散射理論的在線測量，該技術(shù)已非常成熟。目前我國也展開了基于光散射測量粉塵技術(shù)的研究，但與國外技術(shù)相比，還有很大差距。在多年對光散射法測量粉塵濃度的研究中體會到這種方法的測量范圍小，儀器數(shù)據(jù)顯示不穩(wěn)定，本文提出一種自適應(yīng)測量方法，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法能有效擴(kuò)大測量范圍，減小振蕩。

1 儀器的總體設(shè)計(jì)
測量儀主要由光學(xué)傳感器、氣路系統(tǒng)、光／電轉(zhuǎn)換、放大器、A／D轉(zhuǎn)換、微機(jī)控制與管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。儀器的工作過程如下：

由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光波穿過具有粉塵的被測區(qū)域后，光學(xué)傳感器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。為確保能對信號直接進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，提高信號的抗干擾能力和儀器的靈敏度，還必須對信號進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理后的電信號通過A／D轉(zhuǎn)換后再傳送到微處理器，通過微處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析再顯示。

2 自適應(yīng)測量的實(shí)現(xiàn)
2．1 自適應(yīng)調(diào)節(jié)原理
采用一般傳感器測量粉塵濃度，其測量范圍約為0～3 mg／m3。為保證高濃度和低濃度的測量準(zhǔn)確性，擴(kuò)大儀器的測量范圍，本文提出了一種通過調(diào)節(jié)傳感器接收靈敏度來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的算法(調(diào)節(jié)原理如圖2所示)，即當(dāng)被測環(huán)境的粉塵濃度較低時，提高傳感器的接收靈敏度；當(dāng)被測環(huán)境的粉塵濃度較高時，降低傳感器的接收靈敏度，并通過實(shí)驗(yàn)對這種方法進(jìn)行了驗(yàn)證，圖3是軟件控制流程圖。