基于MSP430单片机的USB色谱数据采集卡的研究
摘要：色谱分析是在化学和生物等领域应用十分广泛的一种分析方法，它利用不同物质与固定相和流动相之间的作用力的不同。各个组分在固定相和流动相之间做相对移动时会进行多次平衡作用，最终各个组分会在这种作用下得以分离开来。色谱分析软件是将计算机技术与色谱设备结合起来，利用计算机软件技术有效地控制色谱设备，并且对从色谱设备采集到的色谱原始信号进行分析处理。由于计算机具有高运算速度和精度以及逻辑判断能力，因此色谱分析软件提高了色谱分析的速度以及分析结果的精度，并且可以更加方便地控制色谱设备，将色谱应用推向一个更高的水平。在近五十年中，色谱法已经得到了及其广泛的应用，特别是由于气相色谱法和高效液相色谱法的迅速发展，色谱法已成为石油、化工、食品、生物化学、环境保护和医学检验等各个领域中不可缺少的一种分离、分析手段。而为了方便这种技术更好的得到运用，作者通过研究色谱信号波形数据采集基本原理，利用MSP430单片机设计一个色谱信号USB采集卡，借助MSP430单片机设计A/D转换及时序控制电路，再基于UART-USB转换芯片实现采集信号的数字传输系统，将采集数据传输至上位计算机，在上位机上设计显示、记录、分析及存储功能软件。帮助使用者通过电脑便能记录、分析采集到的色谱信号。
关键词：色谱分析、数据采集、MSP430单片机、A/D转换
Research on USB chromatographic data acquisition card based on MSP430 MCU
Abstract：Chromatographic analysis is an analysis method that is widely used in the fields of chemistry and biology. It uses the different forces between different substances and the stationary phase and the mobile phase. When each component moves relatively between the stationary phase and the mobile phase, it will perform multiple balancing actions, and eventually each component will be separated under this action. Chromatographic analysis software combines computer technology with chromatographic equipment, uses computer software technology to effectively control the chromatographic equipment, and analyzes and processes the original chromatographic signals collected from the chromatographic equipment. Because the computer has high calculation speed and accuracy and logical judgment ability, the chromatography analysis software improves the speed of chromatography analysis and the accuracy of the analysis results, and can control the chromatography equipment more conveniently, pushing the application of chromatography to a higher level. In the past 50 years, chromatography has been widely used, especially due to the rapid development of gas chromatography and high-performance liquid chromatography, chromatography has become a petroleum, chemical, food, biochemistry, environmental protection and An indispensable separation and analysis method in various fields such as medical testing. In order to facilitate the better application of this technology, the author studied the basic principles of chromatographic signal waveform data acquisition, using MSP430 microcontroller to design a chromatographic signal USB acquisition card, using MSP430 microcontroller to design A/D conversion and timing control circuit, and then based on UART -USB conversion chip realizes the digital transmission system of the collected signal, transmits the collected data to the upper computer, and designs the display, record, analysis and storage function software on the upper computer. Help users to record and analyze the collected chromatographic signals through a computer.
Keywords: Chromatographic analysis, data acquisition, MSP430 single-chip microcomputer, A/D conversio
1、色谱采集卡现状
目前，国内的色谱处理机的种类有两大类。其一为色谱工作站，无须计算机参与，采集数据、计算与处理工作完全由单片机完成。例如大连化学物理研究所的色谱工作站，该系统利用51单片机实现数据采集处理，并提供打印功能，利用所连接的打印机，直接将处理结果打印出来。该系统的特点是使用方便，无须配备计算机，成本低廉，能实现简单的数据处理。但其缺点也是明显的，如处理的结果是简单的初级数据，无法对数据进行后期的处理,对数据的优化处理由于处理器的现实而无法实施。可以认为该系统是积分仪与纪录仪的统一，但新增加的功能有限。
另一类则借助微机的强大数据处理功能，灵活多样的编程方式，实现对数据丰富的处理功能。此类系统通过采集模块对色谱仪产生的数据进行采样量化，然后送入计算机，由计算机对数据进行处理、显示和打印。由于计算机的普及，该系统也逐渐成为市场上的主流设备。从接口的形式上来分，主要有内置接口卡式系统，外置采集系统（通过串行电缆与计算机相连)。应用软件方面，各生产商都推出很多系统。其中，大连江申分离科学技术公司的通用色谱工作站，上海申腾的H色谱工作站都是较为成功的色谱处理系统。[1]
1954年，我国研制出了填充柱和毛细管柱仪器，之后气固色谱法、气液色谱法被广泛应用于环境科学、石油化工、医学、生物学、食品工业等领域，成为不可或缺的分离分析技术。国内具有代表性的色谱工作站是浙江大学的N2000系列。N2000色谱工作站操作简单，性价比高，已经成为国内使用范围最广、用量最大的色谱工作站。N2000在数据处理上，能够自动识别出一些特殊峰型，包括肩峰、拖尾峰、糜齿峰、溶剂峰等。此外，N2000还能自动调节识峰的参数，如最小峰面积、斜率阈值等。在积分上，N2000的积分灵敏度达到1mV/s，最小分辨率为0.1uv，最小峰宽0.1s。在与设备的通讯中，N2000采用USB 通讯，能同时监控多个设备讲行工作。
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