一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，包含微控制器模塊、離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元，所述離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元連接在微控制器模塊的相應端口上，本發(fā)明能夠根據(jù)根據(jù)離子濃度檢測單元采集的電壓信號進行計算處理得出離子濃度；即根據(jù)能斯特方程得出離子濃度和膜電位的對應的關系進而通過檢測電壓信號得出離子濃度；且能夠?qū)崿F(xiàn)對離子濃度的測量、顯示和存儲。
【專利說明】一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自動檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，屬 于自動檢測領域。
【背景技術】
[0002] 隨著工業(yè)化進程的不斷加快和人口的持續(xù)增長，鉛、銅、鋅等重金屬污染已成為全 球性的問題。人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動的日益增多，由意外泄露非 法排放等原因引起的突發(fā)性水質(zhì)重金屬污染事故時有發(fā)生。重金屬具有毒性大，在環(huán)境中 不易被代謝，容易被生物富集并有生物放大效應等特點，不但會污染水環(huán)境，也會嚴重威脅 人類和水生物的生存，有效準確的檢測重金屬濃度尤為重要。
[0003] 農(nóng)用土壤是受人類活動強烈影響的一類特殊土壤，其環(huán)境質(zhì)量與人們的身體健康 密切相關。土壤污染源主要來自工業(yè)"三廢"和農(nóng)藥、化肥的大量使用，污染物可通過灌溉 水進人土壤，也可通過大氣污染、空中的顆粒物（含重金屬和致癌物質(zhì)等）干濕沉降造成土 壤污染，隨著時間的推移，農(nóng)田表層土壤鉛、銅、鋅等重金屬含量有增加的趨勢。由于農(nóng)作物 的吸收作用，重金屬元素從土壤中遷移轉(zhuǎn)化到農(nóng)作物根莖葉及果實中去，從而連帶造成農(nóng) 作物的重金屬污染，危及人們的健康水平。因此，如何快速而又簡便地實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)基地土 壤重金屬含量的在線測量成為了一個至關重要的現(xiàn)實問題。
[0004] 例如申請?zhí)枮?201320688736. 3"的一種區(qū)域水環(huán)境重金屬監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 監(jiān)測管理系統(tǒng)和經(jīng)GPRS與之相聯(lián)的多個監(jiān)測終端。監(jiān)測管理系統(tǒng)中心處理器連接數(shù)據(jù)收 發(fā)、數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)庫管理模塊，還連接顯示器/用戶終端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接存儲各 監(jiān)測終端的GPS、GIS以及相關重金屬濃度的數(shù)據(jù)庫。各監(jiān)測終端的主控模塊包括嵌入式處 理器及時鐘和GPRS子模塊，檢測模塊包括溫度傳感器和重金屬電化學傳感器陣列。運行時 監(jiān)測終端所測水環(huán)境的溫度和重金屬濃度發(fā)送到監(jiān)測管理系統(tǒng)存儲并顯示。數(shù)據(jù)分析處理 模塊將其與標準值和歷史數(shù)據(jù)對比，當為污染水質(zhì)或某種重金屬濃度突升則報警。該系統(tǒng) 在檢測精度和方式上有待進一步提升。
[0005] 又如申請?zhí)枮?201410291064. 1"的一種二次加樣重金屬離子濃度測試方法，包括 如下步驟：對水樣進行預處理；配制重金屬離子濃度為Cs的標準樣品溶液和電解液；電解 槽中加入體積為V0的電解液，電解槽中加入體積為Vx的水樣，從電流-電壓曲線圖al上 得到對應的峰高hi;電解液中加入體積為Vx的水樣，從電流-電壓曲線圖a2上得到對應 的峰高h2 ;電解槽中加入體積為Vs的標準樣品，從電流-電壓曲線圖a3上得到對應的峰 高h3 ;重金屬離子濃度采用三點算法計算，得到重金屬離子濃度Cx，并且計算平均誤差。該 發(fā)明解決峰高-濃度曲線不過坐標零點的問題，減少峰高-濃度曲線的非線性對測量結果 的影響。該發(fā)明成本較高，操作復雜，在檢測方式上有待進一步提升。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種重金屬離子濃度 自動檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對離子濃度的測量、顯示和存儲。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0008] -種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，包含微控制器模塊、離子濃度檢測單元、電壓 放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元，所述離子濃度檢測單元、電壓放大 器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元連接在 微控制器模塊的相應端口上；
[0009] 所述離子濃度檢測單元用于對離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號進行采集；
[0010] 所述電壓放大器單元用于將模擬電壓信號進行濾波和放大；
[0011] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
[0012] 微控制器模塊用于根據(jù)該數(shù)字信號，采用能斯特方程計算處理得出離子濃度；
[0013] 顯示單元用于實時顯示微控制器模塊計算出的離子濃度；
[0014] 數(shù)據(jù)存儲單元用于實時存儲控制器模塊計算出的離子濃度
[0015] 作為本發(fā)明一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述微控制器 模塊的型號為AVR系列單片機。
[0016] 作為本發(fā)明一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述顯示單元 為IXD顯示屏。
[0017] 作為本發(fā)明一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，該系統(tǒng)采用可 充電蓄電池進行供電。
[0018] 作為本發(fā)明一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)存儲 單元為DDR2。
[0019] 本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：
[0020] 1、本發(fā)明結構簡單、易于實現(xiàn)且能夠自動測量物體的寬和高，節(jié)省了人力；
[0021] 2、本發(fā)明能夠根據(jù)根據(jù)離子濃度檢測單元采集的電壓信號進行計算處理得出離 子濃度；即根據(jù)能斯特方程得出離子濃度和膜電位的對應的關系進而通過檢測電壓信號得 出尚子濃度；
[0022] 3、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對離子濃度的測量、顯示和存儲。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：
[0025] 如圖1所示，一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，包含微控制器模塊、離子濃度檢 測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元，所述離子濃度檢測單 元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲 單元連接在微控制器模塊的相應端口上；
[0026] 所述離子濃度檢測單元對離子電極產(chǎn)生的電壓信號進行采集；
[0027] 所述電壓放大器單元用于電壓信號的濾波和放大；
[0028] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于將采集的模擬電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
[0029] 微控制器模塊用于根據(jù)該數(shù)字信號進行計算處理得出離子濃度；
[0030] 顯示單元用于實時顯示微控制器模塊計算出的離子濃度；
[0031] 數(shù)據(jù)存儲單元用于實時存儲控制器模塊計算出的離子濃度。
[0032] 其中，所述微控制器模塊的型號為AVR系列單片機，所述顯示單元為IXD顯示屏， 該系統(tǒng)采用可充電蓄電池進行供電，所述數(shù)據(jù)存儲單元為DDR2。
[0033]AVR單片機具有預取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預先把下一條指令取進來， 使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快；AVR單片機具有32個 通用工作寄存器，相當于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應速度快。AVR單片機有多 個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷；AVR單片機耗能低。對于典型功耗情況，WDT關 閉時為100nA，更適用于電池供電的應用設備；有的器件最低1. 8V即可工作；AVR單片機保 密性能好。
[0034] 針對蔬菜基地存在的重金屬污染，發(fā)明了一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)。該 系統(tǒng)基于離子選擇膜技術，利用電勢測定法研究ISE的電化學響應性能，并結合一元線性 回歸建立電極電勢與離子濃度的數(shù)學模型?；贏VR單片機和AD620運放器，設計了硬件 檢測電路和檢測程序，實現(xiàn)了對離子濃度的測量、顯示和存儲等操作。
[0035] 離子濃度檢測單元的原理：離子選擇性電極是一種電勢型電化學傳感器，離子選 擇性電極的關鍵部分是離子選擇膜，在離子選擇膜上不會發(fā)生電子得失，但由于存在離子 濃度差異，在離子選擇膜的兩側(cè)表面上會發(fā)生離子交換，形成濃差膜電勢，膜電勢與待測溶 液中的特定離子濃度服從能斯特方程如下：
【權利要求】
1. 一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，其特征在于：包含微控制器模塊、離子濃度檢 測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元，所述離子濃度檢測單 元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲 單元連接在微控制器模塊的相應端口上； 所述離子濃度檢測單元用于對離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號進行采集； 所述電壓放大器單元用于將模擬電壓信號進行濾波和放大； 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號； 微控制器模塊用于根據(jù)該數(shù)字信號，采用能斯特方程計算處理得出離子濃度； 顯示單元用于實時顯示微控制器模塊計算出的離子濃度； 數(shù)據(jù)存儲單元用于實時存儲控制器模塊計算出的離子濃度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述微控 制器模塊的型號為AVR系列單片機。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述顯示 單元為IXD顯示屏。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)采 用可充電蓄電池進行供電。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種重金屬離子濃度自動檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù) 存儲單元為DDR2。
【文檔編號】G01N27/416GK104458870SQ201410692700
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】謝敏富, 胡清華, 高娟 申請人:蘇州市歐博銳自動化科技有限公司