2．2 信號調(diào)理電路
接收端信號調(diào)理電路采用低噪聲前置放大器以及與調(diào)制頻率匹配的鎖相放大器進行微弱信號的檢測，可以提高信號的可信度和精度。
如圖4所示，鎖相放大器由3部分組成：信號通道、參考通道和相關(guān)器。信號通道低噪聲前置放大器將伴有噪聲的輸入信號放大，并經(jīng)過帶通濾波初步濾除通帶以外的噪聲；參考通道的作用是提供一個與輸入信號同相的方波；相關(guān)器主要完成被測信號與參考信號兩者相關(guān)運算，從而實現(xiàn)頻率由交流到直流的變換，最后通過低通濾波輸出直流電壓，作為A／D轉(zhuǎn)換的輸入信號。

3 軟件設(shè)計
氣體體積分?jǐn)?shù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計使用模塊化程序設(shè)計，主要包括串口通信程序設(shè)計、傳感器數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)濾波程序。
3．1 數(shù)據(jù)處理流程
數(shù)據(jù)的采集和處理采用中斷的方式，如圖5所示。該中斷程序主要完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析處理、串口數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。系統(tǒng)加電后，首先完成系統(tǒng)的初始化，開啟A／D轉(zhuǎn)換。中斷發(fā)生后，讀取A／D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)表，隨后進行數(shù)據(jù)濾波，同時采用更新數(shù)據(jù)表的方法，提高檢測系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。內(nèi)存中存放事先標(biāo)定好的線性系數(shù)，系統(tǒng)工作時，根據(jù)當(dāng)前計算數(shù)據(jù)進行數(shù)值轉(zhuǎn)換，線性插值計算出當(dāng)前氣體的濃度，通過串口發(fā)送給監(jiān)控主機。

3．2 數(shù)據(jù)處理算法
采用未確知有理數(shù)的數(shù)字濾波算法消除隨機干擾，增加數(shù)據(jù)的可信度。將n個采集數(shù)據(jù)定義為x1，x2，x3，…，x4，采集的數(shù)據(jù)有一定的取值范圍，因此假設(shè)任意采集的數(shù)據(jù)x都是在區(qū)間[xmin，xmax]內(nèi)取值，則可以一個未確知數(shù)S

式中，[xmin，xmax]和φ(x)構(gòu)成一個n階未確知有理數(shù)；α、[xmin，xmax]和φ(x)分別為該未確知有理數(shù)的總可信度、取值區(qū)間和可信度分布密度函數(shù)。這樣就將一組n次采樣的值定義為一個n階未確知有理數(shù)。
φ(x)為采集量真值的可信度分布密度函數(shù)。通過分析偶然跳動和輸出量確實變大(小)兩種情況發(fā)現(xiàn)：如果xi是偶然跳動，則xi是孤立的、少數(shù)的，在某可信度距離內(nèi)x的個數(shù)較少；若xi是輸出量的確變大(小)時，在某可信度距離內(nèi)x的個數(shù)會越來越多。因此，可以定義φ(x)為

式中，ξi為|xi-x|≤d(x=xi，j=1，2，…，n且i≠j)中包含x的個數(shù)；n(n-1)為在可信度距離d內(nèi)x的最大個數(shù)之和。
為了平穩(wěn)有效地顯示出采樣量的真實值，采用采樣數(shù)據(jù)的未確知有理數(shù)S的數(shù)學(xué)期望E(S)來表示真實值。定義未確知期望E(S)

當(dāng)α1時，E(S)是未確知有理數(shù)，它的實際意義是：實數(shù)作為S的期望值，有α的可信度。由以上構(gòu)造得

從式(6)可以看出，顯示值與測量次數(shù)n及落在可信度距離d內(nèi)的xi的個數(shù)ξi有關(guān)，當(dāng)有偶然跳動xi時，落在可信度距離d內(nèi)的x個數(shù)就會減少，在顯示值E(S)中比重下降會體現(xiàn)，這樣就減少不可信數(shù)據(jù)的影響，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)濾波的目的，同時在計算E(S)的過程中只需計算ξi的個數(shù)，算法簡單有效。較好地解決了數(shù)據(jù)采集與處理中抗干擾性能和實時性的要求，達到了真實、快速地反映采集數(shù)據(jù)真實值的目的。