技术领域
[0001] 本
发明涉及环境分析仪器，特别涉及一种可同时检测一种或数种待分析指标的环境分析仪器的设计。
背景技术
[0002] 环境分析仪器的工作流程一般可由预处理、进液计量、反应控制、分析测定、
数据处理、显示和通讯这几类子功能流程按一定的顺序和跳转规则组合而成。目前，检测一种分析指标的环境分析仪器通常采用以一个
微处理器或微
控制器为核心的控制系统。例如：中国
专利申请公布号CN101900703A所公布的总砷在线分析仪，其控制系统核心即为单一的处理器
主板(图1所示的部件9：CPU)。
[0003] 随着客户对分析仪器功能模
块化、模块智能化、界面美观化和系统网络化要求的不断提高，采用以一个微处理器或
微控制器为核心控制系统的弊端就逐渐突显出来，其主要表现有下面几点：
[0004] 一是流程的可靠性与界面美观及系统网络化在单一控制系统上的矛盾：环境分析仪器的控制流程一般都比较复杂，涉及对
阀组、
泵组、检测器等各种执行器和
传感器的控制，为保证流程控制的稳定可靠，业界目前都采用以PLC、
单片机等工业级的嵌入式微控制器为
基础的控制系统，但是，这类控制系统在界面输出和系统网络化方面有先天的弱势，要实现满足客户需求的彩色大屏、美观快捷的交互界面和多标准的通讯
接口，其开发成本非常大或者在技术上不可行。另一方面，在界面和通讯功能上具有优势的基于通用个人电脑、工控机处理器或嵌入式微处理器的控制系统，在对众多执行器和传感器的稳定控制上却显得
力不从心。
[0005] 其二，在这种单处理器控制系统的构架下，如果环境分析仪器的某个局部出现故障，则需要对整个控制系统进行诊断或维护更换，同时，当需要对仪器进行局部的改进或器件更换时，整个系统的
硬件和
软件都需要调整，系统的扩展性差。
[0006] 其三，由于各种环境分析仪器的检测原理各不相同，其功能模块和分析流程也有所差异，所以在这种单处理器控制系统构架上开发的仪器，其各自的控制系统在硬件和软件上互相间通用性都不高，对于新需要开发的环境分析仪器，已有成熟技术的复用性差，新仪器的研发成本偏高。
[0007] 另外，如果需要同时检测一种以上的待分析指标，采用以单个微处理器或微控制器为核心控制系统的系统构架在软硬件的设计和维护上难度非常大。因此，对于需同时检测一种以上的待分析指标的应用需求，
现有技术的解决方案通常是将能检测各分析指标的数个分析仪器作为下位机变送器对待，采用
现场总线技术将各个分析仪器作为独立子系统集成在一起形成一个分析仪器系统。在这种系统构架中，各分析仪器的分析流程由外部写入，并在运行中由该分析仪器子系统内部的控制器自主控制，上位机只负责下达检测指令并在一定时间后获得子系统返回的分析结果值。目前，这种控制系统被广泛地应用于多指标的环境或污染源在线监测仪器的集成设计中。采用这种系统构架在环境分析仪器应用领域仍存在两点不足：
[0008] 一是对作为下位机的各分析仪器子系统控制系统的硬件要求仍然较高，必须在软件和硬件上为各分析仪器子系统设计
用户界面和输入输出的交互接口，这无疑将增大各分析仪器子系统的开发和生产成本。
[0009] 其二，基于简单集成技术的控制
系统软件构架只能提供某些有限的诸如开始测量、开始标定、仪器返回数据等上层反控指令接口，而目前的
水质在线监测通常要求用户能够通过有线或无线网络远程反控到每一个分析仪器子系统下的每一个器件或底层操作，现有的控制系统无法满足器件级底层操作的反控需求。
发明内容
[0010] 为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种可同时并行运行一种或数种不同待分析指标检测流程、开发及维护成本降低、扩展性提高的环境分析仪器设计。
[0011] 图2-图4显示了本发明技术方案的设计示意图。本发明的技术方案是：一种可同时并行运行一种或数种不同待检测指标分析流程的环境分析仪器，包括由阀组、泵组、加热装置、
温度传感器、光电检测装置等各种器件构成的传感器及执行器群，以及由若干在控制技术上可独立触发的子系统和系统内部总线构成的分布式、松耦合的控制系统，其特征在于，所述若干子系统中包含有一个分析流程控制单元1，以及一个或数个检测不同检测指标的开放式子分析系统2，所述开放式子分析系统2对外提供各类底层操作指令集11控制接口，环境分析仪器中的各种待检测指标的清洗排空、维护调试或分析检测流程都可通过选用所述底层操作指令集11中的若干底层操作指令组合而成，并由分析流程控制单元1通过系统内部总线3按底层操作指令的组合序列向各开放式子分析系统2分步发出，所述各开放式子分析系统2在各底层操作的执行过程中或执行结束后，将状态结果信息通过系统内部总线3返回给分析流程控制单元1，所述分析流程控制单元1根据各开放式子分析系统2返回的状态结果信息按顺序或约定的逻辑跳转规则下发下一步底层操作指令，所述分析流程控制单元1通过这种向一个或数个开放式子分析系统2按流程步骤分步下发底层操作指令并依据其返回的状态结果信息控制流程走向的方式控制一个或数个开放式子分析系统2并行运行。
[0012] 所述分析流程控制单元1内包含分析流程控制处理器4和
系统总线接口
电路5，所述系统总线接口电路5连接所述系统内部总线3，所述各开放式子分析系统2包括各自独立的总线接口电路6、底层操作流程控制处理器7、I/O接口电路8和下属的传感器及执行器群9，所述各开放式子分析系统2各自的总线接口电路6向上连接所述系统内部总线3，所述开放式子分析系统2各自的I/O接口电路8向下连接下属的传感器及执行器9。
[0013] 所述各开放式子分析系统2的内部按其各底层操作的功能类型在控制软件结构上划分出一个或数个子功能单元10，所述各开放式子分析系统2的底层操作流程控制处理器7和总线接口电路6为同一开放式子分析系统2内部的各子功能单元10所共享，所述各子功能单元10通过所述I/O接口电路8中的相关部分对其下属的传感器和执行器群9进行测量或控制，所述底层操作指令集11中所定义的各子功能单元10实现若干底层操作12的流程控制
算法都内嵌在所述各开放式子分析系统2的底层操作流程控制处理器7中。
[0014] 所述底层操作指令集11中的每条底层操作指令均包含其在所属开放式子分析系统2中触发该底层操作所需的索引号，以及运行该底层操作所需的或可为空的操作参数。
[0015] 作为优选，采用状态机的软件设计构架可实现开放式子分析系统2内各子功能单元10对底层操作流程处理器和总线接口电路的共享，以及实现对各底层操作的并行控制。状态机的软件设计技术为公知技术，在此不做赘述。
[0016] 所述分析流程控制单元1内还可包含对外
通信接口电路、
开关量和
数字量I/O接口电路和显示输出接口电路。作为优选，环境分析仪器的最上层控制软件在所述分析仪器控制单元(1)内的分析流程控制处理器(4)上运行。
[0017] 在所述环境分析仪器中，至少有一个所述开放式子分析系统2包含如下子功能单元10，暨一个或数个计量驱动单元13以及一个或数个分析测定单元15。
[0018] 所述计量驱动单元13控制所述开放式子分析系统2中执行与
试剂及样品进液或进气计量及驱动操作的各传感器与执行器，所述计量驱动单元13内包含有与试剂及样品进液或进气计量操作及驱动操作相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法。
[0019] 所述分析测定单元15控制所述开放式子分析系统2中执行与测定操作相关的各传感器与执行器。
[0020] 对于基于电磁
辐射吸收
光谱原理测量的子分析系统，测定操作定义为对待测物质吸光度或
电磁辐射穿过待测物质后被检出放大转换后所对应的透射
电压或
电流的测量；
[0021] 对于基于滴定原理测量的子分析系统，测定操作定义为对滴定到达某特征点时滴定所耗时间的测量或对所耗滴定液体积的测定；
[0022] 对于基于
电极法原理测量的子分析系统，测定操作定义为
对电极输出电压或电流的测量；
[0023] 对于基于
阳极溶出
伏安法原理测量的子分析系统，测定操作定义为对阳极溶出时输出的电压-电流曲线上不同离子对应的峰电位上倒峰高度的测量；
[0024] 对于基于色谱分析原理测量的子分析系统，测定操作定义为对各组分色谱峰的测量。
[0025] 所述分析测定单元15内包含有与测定操作流程相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法，在测定操作指令执行完毕后，所述分析测定单元15向所述分析流程控制单元1返回分析测定结果或等待分析流程控制单元1查询测定结果。
[0026] 在所述开放式子分析系统2中，至少有一个所述开放式子分析系统2包含如下子功能单元10，暨一个或数个反应控制单元14，所述反应控制单元14控制开放式子分析系统2中执行与反应控制相关的各传感器与执行器，所述反应控制单元14内包含有与反应控制操作相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法。
[0027] 所述开放式子分析系统2中的任意一个或数个子功能单元10可从原开放式子分析系统中拆分出来集成成为一个新的独立的开放式子分析系统2，新的开放式子分析系统2拥有独立的总线接口电路6、底层操作流程控制处理器7、I/O接口电路8和下属的传感器及执行器群9。
[0028] 作为优选，所述分析流程控制单元1中的分析流程控制处理器4采用通用个人电脑或工控机处理器、嵌入式微处理器或嵌入式微控制器中的一种。
[0029] 作为优选，所述系统内部总线3采用RS232、RS485、CAN或I2C总线中的一种或数种的组合。
[0030] 作为优选，所述开放式子分析系统2中的底层操作流程控制处理器7采用嵌入式微处理器或嵌入式微控制器中的一种。
[0031] 所述开放式子分析系统2中各计量驱动单元13的底层操作指令集内包含移液操作指令，所述移液操作指令的功能定义为将开放式子分析系统2中某一设定或默认进液端口所连通容器中的液体或气体以设定或默认的体积和速度转移到另一设定或默认的目的端口所连通的容器中。
[0032] 所述移液操作指令的操作参数包含进液端口号参数。所述移液操作指令的操作参数包含需要移动液体或气体的体积参数，或者移液所持续的时间参数。所述移液操作指令的操作参数包含移液速度或移液
驱动器的运转速度参数。所述移液操作指令的操作参数包含移液目的端口号参数。
[0033] 所述反应控制单元14的底层操作指令集包含加热操作指令，所述加热操作指令包含触发该底层操作流程的索引号，还包含设定的目的温度这一操作参数，所述加热操作指令的功能定义为将开放式子分析系统2中某设定或默认的反应容器内的
流体加热或冷却到设定的目的温度，之后一直保持该温度。
[0034] 所述反应控制单元14中的底层操作指令集包含消解操作指令，所述消解操作指令包含触发该底层操作流程的索引号，还包含消解温度和消解时间这两个操作参数，所述消解操作指令的功能定义为将开放式子分析系统2中某设定或默认反应容器内的物体加热到设定的消解温度，之后一直保持该温度，直到消解持续时间到达设定的消解时间后，再停止温控调节并将反应容器内的物体温度冷却到设定或默认的安全温度。
[0035] 所述分析流程控制单元1控制一个或数个开放式子分析系统2流程并行运行的方法如下：
[0036] 1).定义分析流程控制单元1和包括各开放式子分析系统2在内的所有子系统在系统内部总线3上的总线地址；
[0037] 2).按所述各开放式子分析系统2各底层操作的功能类型在各开放式子分析系统2的控制软件构架中定义各个子功能单元10并实现所述各子功能单元10的若干底层操作
12的流程；
[0038] 3).定义步骤2中各子功能单元10的底层操作指令集，所述底层操作指令集中的每条底层操作指令均包含其在所属开放式子分析系统2中触发该底层操作流程所需的索引号，以及运行该底层操作指令所需的或可为空的操作参数；
[0039] 4).所述分析流程控制单元1的软件在启动后运行一个主控线程和一个总线消息处理线程，主控线程接受用户输入，按照需要并行控制的开放式子分析系统2的个数生成对应数量的子分析流程控制线程并将所需运行的流程底层操作序列信息、流程执行顺序及逻辑跳转规则、以及数据处理显示操作信息分别载入各子分析流程控制线程中；
[0040] 5).所述各子分析流程控制线程按当前需要运行的流程执行顺序，向所述总线消息处理线程发出当前需要执行的底层操作指令，与所述底层操作指令同时绑定发送的还包括执行该指令的开放式子分析系统2的总线地址信息；
[0041] 6).所述总线消息处理线程接收到从各子分析流程控制线程中收到的底层操作指令后，将所述底层操作指令导入待发指令队列，总线消息处理线程将遵循预先设定的优先级规则，将待发指令队列中的待发送指令逐一通过系统总线接口电路5和系统内部总线3发送出去；
[0042] 7).所发送的各底层操作指令由
指定总线地址的开放式子分析系统2解析并执行，在该底层操作执行过程中或执行结束后，该开放式子分析系统2将状态结果信息通过系统内部总线3返回给分析流程控制单元1，连同状态结果信息一起绑定返回的还包括分析流程控制单元1的总线地址和执行该底层操作的开放式子分析系统2的总线地址；
[0043] 8).所述分析流程控制单元1通过系统内部总线3接收来自不同开放式子分析系统2返回的状态结果信息后，所有的状态结果信息都将先被送入总线消息处理线程中的待解析消息队列，总线消息处理线程按预先设定的优先级顺序，将待解析信息队列中的状态结果信息逐一分配给负责控制该开放式子分析系统的子分析流程控制线程处理；
[0044] 9).各子分析流程控制线程根据所分配返回的状态结果信息进行数据处理、数据交互或界面交互等操作，当上一条底层操作执行完毕后，子分析流程控制线程按预先设定的执行顺序或者逻辑跳转规则向下属开放式子分析系统2发送下一条需要执行的底层操作指令，如此循环重复步骤(5)-(9)直至各开放式子分析系统2的分析流程结束；
[0045] 在步骤(5)-(9)中，主控线程、各子分析流程控制线程和总线消息处理线程之间的数据交互通过文件读写、
数据库读写、全局变量或共享内存等方式中的一种或数种实现。
[0046] 所述分析流程控制单元1控制一个或数个开放式子分析系统2流程并行运行的另一种方法如下：
[0047] 1).定义分析流程控制单元1和包括各开放式子分析系统2在内的所有子系统在系统内部总线3上的总线地址；
[0048] 2).按所述各开放式子分析系统2各底层操作的功能类型在各开放式子分析系统2的控制软件中定义各个子功能单元10并实现所述各子功能单元10的若干底层操作的流程；
[0049] 3).定义步骤2中各子功能单元10的底层操作指令集，所述底层操作指令集中的每条底层操作指令均包含其在所属开放式子分析系统2中触发该底层操作流程所需的索引号，以及运行该底层操作指令所需的或可为空的操作参数；
[0050] 4).所述分析流程控制单元1的软件在启动后运行一个主控线程和一个总线消息处理线程，主控线程接受用户输入，按照需要并行控制的开放式子分析系统2的个数生成对应数量的子分析流程控制结构体并将所需运行的流程底层操作序列信息、流程执行顺序及逻辑跳转规则、以及数据处理显示操作信息分别载入各子分析流程控制结构体中；
[0051] 5).所述主控线程采用
定时器定时轮询的方式逐一按各子分析流程控制结构体中定义的子分析流程顺序，向所述总线消息处理线程发送各开放式子分析系统2当前需要执行的底层操作指令，与所述底层操作指令同时绑定发送的还包括执行该指令的开放式子分析系统2的总线地址信息；
[0052] 6).所述总线消息处理线程接收到从主控线程中收到的底层操作指令后，将其导入待发指令队列，总线消息处理线程将遵循预先设定的优先级规则，将待发指令队列中的待发送指令逐一通过系统总线接口电路5和系统内部总线3发送出去；
[0053] 7).所发送的各底层操作指令由指定总线地址的开放式子分析系统2解析后并执行，在该底层操作执行各阶段点或执行结束后，该开放式子分析系统2将状态结果信息通过系统内部总线3返回给分析流程控制单元1，连同状态结果信息一起绑定返回的还包括分析流程控制单元1的总线地址和执行该底层操作的开放式子分析系统2的总线地址；
[0054] 8).所述分析流程控制单元1通过系统内部总线3接收来自不同开放式子分析系统2返回的状态结果信息后，所有的状态结果信息都将先被送入总线消息处理线程中的待解析消息队列，总线消息处理线程按预先设定的优先级顺序，将待解析信息队列中的状态结果信息逐一分配给负责控制该开放式子分析系统2分析流程的子分析流程控制结构体；
[0055] 9).与此同时，主控线程继续采用定时器定时轮询的方式轮询各子分析流程控制结构体所收到的状态结果信息，并根据返回的状态结果信息进行数据处理、数据交互或界面交互等操作，当某开放式子分析系统2的上一条底层操作执行完毕后，主控线程在下一个定时轮询中按预先设定的执行顺序或者逻辑跳转规则向该开放式子分析系统2发送下一条需要执行的底层操作指令，如此循环重复步骤(5)-(9)直至各开放式子分析系统2的分析流程结束；
[0056] 在步骤(9)中，如果某开放式子分析系统2的上一条底层操作仍处于执行状态中尚未结束，则主控线程在下一次定时器触发时继续轮询，如果超过设定时间后仍未收到所等待的状态结果信息，则主控线程向该受控的开放式子分析系统2发送一次查询指令，由该开放式子分析系统2再次返回其当前状态结果信息，主控线程在下一次轮询中继续按步骤(9)处理；
[0057] 在步骤(5)-(9)中，主控线程、各子分析流程控制线程和总线消息处理线程之间的数据交互通过文件读写、数据库读写、全局变量或共享内存等方式中的一种或数种实现。
附图说明
[0058] 图1：一种采用单一的处理器主板作为控制系统的总砷在线分析仪设计示意图。
[0059] 图2：本发明公布的可同时检测一种或数种待检测指标环境分析仪器的系统构架示意图。
[0060] 图3：开放式子分析系统的系统构架示意图。
[0061] 图4：一种包含计量驱动单元、反应控制单元和分析测定单元的开放式子分析系统系统构架示意图。
[0062] 图5：一种可同时并行分析检测COD和
氨氮两种水质污染指标的水质自动分析仪器系统构架示意图。
[0063] 图6：一种包含一个开放式子分析系统的可检测COD和氨氮的水质自动分析仪器系统构架示意图。
[0064] 图7：一
种子功能单元合并后的可检测COD和氨氮的水质自动分析仪器系统构架示意图。
具体实施方式
[0065] 实例一：
[0066] 本发明的一种实例如图5所示：一种可同时并行分析检测COD和氨氮两种水质污染指标的水质自动分析仪器，包括一个由分析流程控制单元21，系统内部总线以及两个分别检测COD和氨氮的开放式子分析系统构成的分布式、松耦合的控制系统，所述系统内部总线为CAN总线22。
[0067] 所述两个开放式子分析系统分别为COD子分析系统23和氨氮子分析系统24。两个子分析系统对外提供实现其分析流程各步骤的底层操作指令集11控制接口，所述底层操作指令集11中的每条底层操作指令均包含其在所属开放式子分析系统中触发该底层操作所需的索引号，以及运行该底层操作所需的或可为空的操作参数。
[0068] 所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24的清洗排空、维护调试或分析检测流程都可通过选用所述底层操作指令集11中的若干底层操作指令组合而成，并由分析流程控制单元21通过系统内部CAN总线22按底层操作指令的组合序列向两个开放式子分析系统23及24分步发出，所述两个开放式子分析系统23及24在各底层操作的执行过程中或执行结束后，将状态结果信息通过CAN总线22返回给分析流程控制单元21，所述分析流程控制单元21根据两个开放式子分析系统23及24返回的状态结果信息按顺序或约定的逻辑跳转规则下发下一步底层操作指令，所述分析流程控制单元21通过这种向两个开放式子分析系统23及24按流程步骤分步下发底层操作指令并依据其返回的状态结果信息控制流程走向的方式控制两个开放式子分析系统23及24并行运行。
[0069] 所述分析流程控制单元21内包含基于ARM嵌入式微处理器技术的分析流程控制处理器25和系统总线接口电路26。所述COD和氨氮两个开放式子分析系统23及24包括各自独立的总线接口电路27、基于C8051系列嵌入式微控制器的底层操作流程控制处理器28、I/O接口电路29和下属的传感器及执行器群，所述传感器及执行器群包含阀组、泵组、加热装置、温控装置、比色装置等。所述分析流程控制单元21的系统总线接口电路26连接所述CAN总线22，所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24各自的总线接口电路27向上连接所述CAN总线22，所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24各自的I/O接口电路29向下连接下属的传感器及执行器；
[0070] 所述COD子分析系统23的内部按其各底层操作的功能类型在控制软件结构上划分出计量驱动单元30、反应控制单元31和分析测定单元32三个子功能单元，同样，所述氨氮子分析系统24的内部按其各底层操作的功能类型在控制软件结构上划分出计量驱动单元33、反应控制单元34和分析测定单元35三个子功能单元，所述各开放式子分析系统的底层操作流程控制处理器28和总线接口电路27为各开放式子分析系统内部的三个子功能单元所共享，所述各子功能单元通过所述I/O接口电路29中的相关部分对其下属的传感器和执行器群进行测量或控制，所述底层操作指令集中所定义的各子功能单元实现底层操作的流程控制算法都内嵌在上述两个开放式子分析系统的底层操作流程控制处理器28中。
[0071] 采用状态机的软件设计构架可实现开放式子分析系统各子功能单元对底层操作流程处理器和总线接口电路的共享，实现对各底层操作的并行控制。状态机的软件设计技术为公知技术，在此不做赘述。
[0072] 所述计量驱动单元30和33控制各自所属开放式子分析系统中执行与试剂及样品进液或进气计量及驱动操作的各传感器与执行器，所述计量驱动单元30和33内包含有与试剂及样品进液或进气计量操作及驱动操作相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法。
[0073] 所述分析测定单元32和35控制各自所属开放式子分析系统中执行与最终分析测定操作相关的各传感器与执行器，对于COD、氨氮这两种基于比色原理测量的子分析系统，测定操作定义为一定
波长的光穿过待测溶液后被检出放大转换后所对应的透射电压的测量，所述分析测定单元32和35内包含有与分析测定操作流程相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法，在分析测定操作执行完毕后，所述分析测定单元32和35向所述分析流程控制单元21返回分析测定结果或等待分析流程控制单元21查询分析测定结果。
[0074] 所述反应控制单元31和34控制各自所属开放式子分析系统中执行与反应控制相关的各传感器与执行器，所述反应控制单元31和34内包含有与反应控制操作相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法。
[0075] 所述COD和氨氮两种子分析系统的分析流程、所属子功能单元及其底层操作指令举例如下：
[0076] COD子分析系统：
[0077]
[0078] 分析流程结束
[0079] 氨氮子分析系统：
[0080]
[0081] 分析流程结束
[0082] 上表中，所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24中各计量驱动单元30和33的底层操作指令集包含移液操作指令，所述移液操作指令的功能定义为将子分析系统中某一设定或默认进液端口所连通容器中的液体或气体以设定或默认的体积和速度转移到另一设定或默认的目的端口所连通的容器中。所述移液操作指令的操作参数可包含进液端口号参数、移液目的端口号参数、需要移动液体或气体的体积参数或者移液所持续的时间参数、移液速度或移液驱动器的运转速度参数。
[0083] 典型的移液操作指令举例如下：HH DD CC II EE VV TT SS，其中HH为分析流程控制单元的总线地址；DD为COD或氨氮子分析系统的总线地址；CC为移液操作指令的索引号；II为进液端口号；EE为移液目的端口号；VV为移液的体积；TT为移液的时间限制参数；SS为移液的速度。
[0084] 所述氨氮子分析系统24中反应控制单元34的底层操作指令集包含加热操作指令，所述加热操作指令包含触发该底层操作流程的索引号，还包含设定的目的温度这一操作参数，所述加热操作指令的功能定义为将子分析系统中某设定或默认的反应容器内的流体加热或冷却到设定的目的温度，之后一直保持该温度。
[0085] 典型的加热操作指令举例如下：HH DD CC RR SS TT FF FF，其中HH为分析流程控制单元的总线地址；DD为氨氮子分析系统的总线地址；CC为加热操作指令的索引号；RR为加
热容器的编号；SS为加热开关，“00”表示关闭加热，“01”表示开启加热；TT为加热的目的温度；后面的FF FF表示无意义数据。
[0086] 所述COD子分析系统23中反应控制单元31的底层操作指令集包含消解操作指令，所述消解操作指令包含触发该底层操作流程的索引号，还包含消解温度和消解时间这两个操作参数，所述消解操作指令的功能定义为将子分析系统中某设定或默认反应容器内的物体加热到设定的消解温度，之后一直保持该温度，直到消解持续时间到达设定的消解时间后，再停止温控调节并将反应容器内的物体温度冷却到设定或默认的安全温度。
[0087] 典型的消解操作指令举例如下：HH DD CC RR MM NN TT FF，其中HH为分析流程控制单元的总线地址；DD为氨氮子分析系统的总线地址；CC为消解操作指令的索引号；RR为加热容器的编号；MM为消解温度；NN为消解后冷却达到的温度；TT为消解持续时间；后面的FF表示无意义数据。
[0088] 所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24中各分析测定单元32和35的底层操作指令集包含测定操作指令，测定操作定义为一定波长的光穿过待测溶液后被检出放大转换后所对应的透射电压的测量，所述分析测定单元32和35内包含有与分析测定操作流程相关的底层操作指令集和实现底层操作的流程控制算法，在测定操作执行完毕后，所述分析测定单元32和35向所述分析流程控制单元21返回分析测定结果或等待分析流程控制单元21查询分析测定结果。
[0089] 典型的测定操作指令举例如下：HH DD CC RR TT FF FF FF，其中HH为分析流程控制单元的总线地址；DD为氨氮或COD子分析系统的总线地址；CC为测定操作指令的索引号；RR为测定通道的编号；TT为测定操作持续
采样的时间；后面的FF FF FF表示无意义数据。
[0090] 上述子分析系统所有的子功能单元30-35在收到所述分析流程控制单元21下发的底层操作指令后，根据各指令的类型和响应需求，在收到操作指令后、操作执行中或操作执行完毕后，可通过系统内部CAN总线22依次向分析流程控制单元21返回相应的状态结果信息，典型的状态结果信息例子为：DD HH CC SS XX XX XX XX，其中DD为COD子分析系统23或氨氮子分析系统24的总线地址；HH为分析流程控制单元21的总线地址；CC为对应底层操作指令的回应信息索引号；SS为底层操作目前状态，“99”表示已收到指令，
马上执行，“00”表示已执行完毕，“01”表示尚未执行完毕，状态正忙；后面的XX XX XX XX根据不同的底层操作指令返回不同的状态结果信息，例如对于测定操作指令可返回其执行完毕后的透射电压。
[0091] 分析流程控制单元21控制COD子分析系统23和氨氮子分析系统24分析流程并行运行的方法如下：
[0092] 1).定义分析流程控制单元21、COD子分析系统23和氨氮子分析系统24在系统内部总线上的总线地址；
[0093] 2).按所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24各底层操作的功能类型在其各自的控制软件构架中定义各个子功能单元30-35并实现所述各子功能单元30-35的若干底层操作的流程；
[0094] 3).定义步骤2中各子功能单元30-35的底层操作指令集，所述底层操作指令集中的每条底层操作指令均包含其在所属开放式子分析系统中触发该底层操作流程所需的索引号，以及运行该底层操作指令所需的或可为空的操作参数；
[0095] 4).所述分析流程控制单元21的软件在启动后运行一个主控线程和一个总线消息处理线程，主控线程接受用户输入，按照需要并行控制的开放式子分析系统的个数生成对应数量的子分析流程控制线程并将所需运行的流程底层操作序列信息、流程执行顺序及逻辑跳转规则、以及数据处理显示操作信息分别载入各子分析流程控制线程中；
[0096] 5).所述各子分析流程控制线程按当前需要运行的流程执行顺序，向所述总线消息处理线程发出当前需要执行的底层操作指令，与所述底层操作指令同时绑定发送的还包括执行该指令的开放式子分析系统的总线地址信息；
[0097] 6).所述总线消息处理线程接收到从各子分析流程控制线程中收到的底层操作指令后，将所述底层操作指令导入待发指令队列，总线消息处理线程将遵循预先设定的优先级规则，将待发指令队列中的待发送指令逐一通过系统总线接口电路26和系统内部CAN总线22发送出去；
[0098] 7).所发送的各底层操作指令由指定总线地址的开放式子分析系统解析并执行，在该底层操作执行过程中或执行结束后，该开放式子分析系统将状态结果信息通过系统内部CAN总线22返回给分析流程控制单元21，连同状态结果信息一起绑定返回的还包括分析流程控制单元21的总线地址和执行该底层操作的开放式子分析系统的总线地址；
[0099] 8).所述分析流程控制单元21通过系统内部CAN总线22接收来自不同开放式子分析系统返回的状态结果信息后，所有的状态结果信息都将先被送入总线消息处理线程中的待解析消息队列，总线消息处理线程按预先设定的优先级顺序，将待解析信息队列中的状态结果信息逐一分配给负责控制该开放式子分析系统的子分析流程控制线程处理；
[0100] 9).各子分析流程控制线程根据所分配返回的状态结果信息进行数据处理、数据交互或界面交互等操作，当上一条底层操作执行完毕后，子分析流程控制线程按预先设定的执行顺序或者逻辑跳转规则向下属开放式子分析系统发送下一条需要执行的底层操作指令，如此循环重复步骤(5)-(9)直至各开放式子分析系统的分析流程结束；
[0101] 在步骤(5)-(9)中，主控线程、各子分析流程控制线程和总线消息处理线程之间的数据交互通过文件读写、数据库读写、全局变量或共享内存等方式中的一种或数种实现。
[0102] 分析流程控制单元21控制COD子分析系统23和氨氮子分析系统24分析流程并行运行的另一种方法如下：
[0103] 1).定义分析流程控制单元21、COD子分析系统23和氨氮子分析系统24在系统内部总线上的总线地址；
[0104] 2).按所述COD子分析系统23和氨氮子分析系统24各底层操作的功能类型在其各自的控制软件构架中定义各个子功能单元30-35并实现所述各子功能单元30-35的若干底层操作的流程；
[0105] 3).定义步骤2中各子功能单元30-35的底层操作指令集，所述底层操作指令集中的每条底层操作指令均包含其在所属开放式子分析系统中触发该底层操作流程所需的索引号，以及运行该底层操作指令所需的或可为空的操作参数；
[0106] 4).所述分析流程控制单元21的软件在启动后运行一个主控线程和一个总线消息处理线程，主控线程接受用户输入，按照需要并行控制的开放式子分析系统的个数生成对应数量的子分析流程控制结构体并将所需运行的流程底层操作序列信息、流程执行顺序及逻辑跳转规则、以及数据处理显示操作信息分别载入各子分析流程控制结构体中；
[0107] 5).所述主控线程采用定时器定时轮询的方式逐一按各子分析流程控制结构体中定义的子分析流程顺序，向所述总线消息处理线程发送各开放式子分析系统当前需要执行的底层操作指令，与所述底层操作指令同时绑定发送的还包括执行该指令的开放式子分析系统的总线地址信息；
[0108] 6).所述总线消息处理线程接收到从主控线程中收到的底层操作指令后，将所述底层操作指令导入待发指令队列，总线消息处理线程将遵循预先设定的优先级规则，将待发指令队列中的待发送指令逐一通过系统总线接口电路26和系统内部CAN总线22发送出去；
[0109] 7).所发送的各底层操作指令由指定总线地址的开放式子分析系统解析并执行，在该底层操作执行过程中或执行结束后，该开放式子分析系统将状态结果信息通过系统内部CAN总线22返回给分析流程控制单元21，连同状态结果信息一起绑定返回的还包括分析流程控制单元21的总线地址和执行该底层操作的开放式子分析系统的总线地址；
[0110] 8).所述分析流程控制单元21通过系统内部CAN总线22接收来自不同开放式子分析系统返回的状态结果信息后，所有的状态结果信息都将先被送入总线消息处理线程中的待解析消息队列，总线消息处理线程按预先设定的优先级顺序，将待解析信息队列中的状态结果信息逐一分配给负责控制该开放式子分析系统的子分析流程控制结构体；
[0111] 9).与此同时，主控线程继续采用定时器定时轮询的方式轮询各子分析流程控制结构体所收到的过程结果信息，并根据返回的状态结果信息进行数据处理、数据交互或界面交互等操作，当上一条底层操作执行完毕后，主控线程在下一个定时轮询中按预先设定的执行顺序或者逻辑跳转规则向下属开放式子分析系统发送下一条需要执行的底层操作指令，如此循环重复步骤(5)-(9)直至各开放式子分析系统的分析流程结束；
[0112] 在步骤(9)中，如果上一条底层操作仍处于执行状态中尚未结束，则主控线程在下一次定时器触发时继续轮询，如果超过设定时间后仍未收到所等待的过程结构信息，则主控线程向受控的开放式子分析系统发送一次查询指令，由该开放式子分析系统再次返回其当前状态结果信息，主控线程在下一次轮询中继续按步骤(9)处理；
[0113] 在步骤(5)-(9)中，主控线程、各子分析流程控制线程和总线消息处理线程之间的数据交互通过文件读写、数据库读写、全局变量或共享内存等方式中的一种或数种实现。
[0114] 实例二：
[0115] 本发明的另一种实例如图6所示：可将图5实例一中的COD和氨氮两个开放式子分析系统合并成为一个开放式子分析系统，该COD并氨氮子分析系统包含两套计量驱动单元、两套反应控制单元和两套分析测定单元，所述系统内部总线可采用CAN总线，也可采用RS232或RS485总线。
[0116] 实例三
[0117] 如图7所示：因为COD与氨氮的测量过程和原理非常相近，设计者还可以将两套计量驱动单元合并为一套计量驱动单元36，将COD子分析系统中的反应控制单元31和分析测定单元32合并为COD消解测定单元37，将氨氮子分析系统中的反应控制单元34和分析测定单元35合并为氨氮恒温测定单元38。
[0118] 上述三例列举了同时并行控制两个待检测指标流程的实例，对于超过两个以上的待检测指标流程的控制，设计者亦可参照本发明方法设计。另一方面，为进一步增强各子功能单元对底层操作控制的实时性和可靠性，设计者还可以将开放式子分析系统中的任意一个或数个子功能单元可从原开放式子分析系统中拆分出来集成成为一个新的独立的子系统，拆分后的子系统拥有独立的总线接口电路、底层操作流程控制处理器、I/O接口电路和下属的传感器及执行器群。
[0119] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0120] 1.本发明采用ARM7等高端嵌入式微处理器、个人电脑或工控机处理器作为分析流程控制处理器，同时采用低成本工业级的嵌入式微控制器作为开放式子分析系统的底层操作流程控制处理器，这样的系统构架既保证了底层操作控制上的稳定可靠性，又保证了界面的美观和系统的网络化的高端需求，同时还降低了整个控制系统的开发和采购成本。
[0121] 2.由于在开放式子分析系统以及子功能单元两级上的软硬件设计上都采用了模块化设计的思想，因此如果环境分析仪器的某个局部出现故障时，故障点容易判断，当需要对仪器进行局部的改进或器件更换时，不需要调整整个系统的硬件和软件设计，系统的扩展性好。
[0122] 3.各种环境分析仪器因水质或气体污染程度及现场情况不同，对进样方法、分析方法经常会有诸多定制化调整。本发明由于实现了各子分析系统的分析流程控制与底层操作控制的分离，而且规范了各底层操作指令的指令格式，因此允许设计者和用户可低成本地更换不同进样或分析原理的计量驱动单元和分析测定单元，仪器各模块可实现即插即用，互换性好。同时，对于新需要开发的环境分析仪器，已有成熟技术可高度复用，新仪器的研发成本大大降低。
[0123] 4.由于本发明实现了各子分析系统的分析流程控制与底层操作控制的分离，分析流程控制单元可依据来自操作界面或网络的
请求对各底层操作进行序列组合并将其作为一个分析流程下达底层操作控制指令，因此，在这种系统构架下，软件能够比较容易地实现通过用户操作界面或网络请求对分析仪器子系统下的各个器件直接反控并执行底层操作。
[0124] 这里公开的
实施例是示例性的，其仅是为了对本发明进行解释说明，而并不是对本发明的限制，本领域或技术人员可以预见的改良和扩展(例如：各子功能单元的功能划分及命名，或者将各底层操作指令的操作参数并入底层操作指令索引号等)都包含在本发明的保护范围之内。
