一種土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀的製作方法
2023-05-10 11:08:06
專利名稱：一種土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀的製作方法
一種土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀
技術領域
一項電子信息技術領域領域的發明，具體是土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀。
技術背景
隨著現代工業技術的不斷發展，重金屬在工業發展的道路上應用相當廣泛，但是 隨之產生的汙染物也大量增加，未經處理的工業三廢被大量的排放到環境中，而人類不可 缺少的農產品也大受影響，工業汙染物亂排亂放使水果的種植受到各種重金屬的汙染，包 括Cr、Cu、Cd、Pb等，這些重金屬最終將進入人類體內，影響身體健康。因此及時檢測水果 中重金屬含量，對控制重金屬進去人體有著重要的意義。
目前定量檢測重金屬的常用方法有原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發射光譜 法等檢測分析技術，這些光譜法雖然檢測精度和穩定性都較好，但是對樣品前處理複雜且 時間長，無法實現實時現場快速檢測的需求。
本發明主要結合離子選擇性電極及溫度補償原理，通過上位機管理模塊和下位機 檢測模塊，研製了一種在線檢測重金屬離子濃度的可攜式檢測儀。
本發明與較傳統重金屬離子濃度的檢測方法相比，此方法減少了檢測過程中的繁 瑣的實驗操作，此外大大縮短檢測周期，同時降低了對操作人員的專業技能要求。發明內容
本發明針對蔬菜基地存在的重金屬汙染，設計了一種重金屬離子濃度在線檢測系 統。該系統基於離子選擇膜技術，通過微小型的Cu+— ISE，利用電勢測定法研究ISE的電 化學響應特性，並結合一元線性回歸建立電極電勢與離子濃度的數學模型。基於STC89C52 單片機和AD620儀用放大器，設計了硬體檢測電路和檢測程序，實現了對離子濃度的測量、 顯示、存儲等操作。最後，通過對銅離子溶液的試驗驗證了該檢測儀的精確性。
本發明主要發明創新點1、能對蔬菜基地土壤中重金屬離子進行快速檢測。2、 可攜式，方便操作，縮短檢測周期。相對於常規的化學檢測方法，本系統自動地對數據採集 與處理。大大減少對人力資源的依賴，提高操作簡便性和快速性。3、根據環境因素能實現 對採集數據進行自適應校正與補償。4、建立微量元素與測量信號的數學模型。5、低功 耗。對於項目可攜式的電源要求，儀器使用高能電池供電。本系統耗電主要是控制器和液 晶顯示器。選擇低功耗的控制器和液晶顯示器，再通過對控制晶片和液晶顯示器的休眠機 制、低功耗的工作模式等技術實現整機的功耗的控制，延長系統工作時間，避免頻繁更換電 池。
圖1硬體系統總體框2主程序流程圖具體實施方式
下面對本發 明的技術方案做進一步地說明。關鍵技術主要有I)、微小電信號的放大、採集及濾波。2 )、對採集數據的自適應濾波。3 )、建立電信號與重金屬離子濃度的數學模型。4 )、對採 集數據的高校管理。5)、可攜式的設計與實現。土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀工作過程是1、對蔬菜土壤浸提溶液中重金屬離子濃度進行採集、濾波和放大，結合離子濃度模 型和溫度補償原理計算離子濃度，結果顯示在液晶顯示屏上；2、對蔬菜土壤浸提溶液中 重金屬離子濃度檢測數據進行分析、存儲等操作；3、通過標準溶液對該重金屬離子檢測 儀進行校準，同時設有按鍵及液晶顯示管理程序，具有良好的人機互動界面。
硬體與軟體具體描述如下檢測儀硬體電路主要對離子電極產生的電壓信號進行採集、濾波和放大，使之變換成 適合A/D轉換器的輸入信號，並經過A/D轉換為數位訊號，同時理由溫度傳感器讀取環境溫度信號，二者由單片機 讀取並處理後，將經溫度補償後的檢測結果進行顯示、存儲、傳輸和測量結果列印等操作。 據此，檢測儀硬體電路主要由離子電極電壓信號採集與處理、通信、電源、存儲器和顯示等 模塊組成，如圖1所示。
檢測儀軟體採用模塊化，基於KeilC51軟體開發工具，應用C51高級語言進行程 序的編寫，通過串口完成對單片機程序的燒寫，其主要程序包括基本模塊驅動程序(即數 據採集、顯示、傳輸、存儲和列印等模塊)和數據處理程序。各子程序是在主程序的控制下， 按預定的方式在各種觸發條件具備時響應並執行。系統主體設計流程圖如圖2所示。
數據處理模塊的主要功能就是使系統按照測量原理，按照給定的流程，完成數據 採集、數據處理、數據儲存、液晶顯示等任務。本測量程序依據讀取的ADS1100轉換的數字 量，經過相應的計算轉換為模擬量顯示在液晶上，通過單總線接口讀取DS18B20的轉換數 值，得到溶液溫度，同時在測量的過程中會進行溫度補償以提高儀器的測量精度。測量過程 中需注意的是，在測量前需多次(至少3次以上)用待測溶液清洗電極以減小誤差。
權利要求
1.一種土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀，其特徵在於，結合離子選擇性電極及溫度補償原理，包含上位機管理模塊和下位機檢測模塊。
2.根據權利要求1所述的土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀，其特徵是，能對蔬菜基地土壤中重金屬離子進行快速檢測。
3.根據權利要求1所述的土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀，其特徵是，可攜式，方便操作，縮短檢測周期，相對於常規的化學檢測方法，本系統自動地對數據採集與處理。
4.大大減少對人力資源的依賴,提高操作簡便性和快速性。
5.根據權利要求1所述的土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀，其特徵是，根據環境因素能實現對採集數據進行自適應校正與補償。
6.根據權利要求1所述的土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀，其特徵是，低功耗。
7.對於項目可攜式的電源要求，儀器使用高能電池供電，本系統耗電主要是控制器和液晶顯示器，選擇低功耗的控制器和液晶顯示器，再通過對控制晶片和液晶顯示器的休眠機制、低功耗的工作模式等技術實現整機的功耗的控制，延長系統工作時間，避免頻繁更換電池。
8.根據權利要求1所述的土壤重金屬含量可攜式快速檢測儀，其特徵是，分析離子選擇電極電勢響應與離子濃度以及溶液溫度之間的關係，提出離子選擇電極測量模型建模方法，並給出離子濃度檢測模塊設計。
全文摘要
本發明針對蔬菜基地存在的重金屬汙染，設計了一種重金屬離子濃度在線檢測系統。該系統基於離子選擇膜技術，通過微小型的Cu+—ISE，利用電勢測定法研究ISE的電化學響應特性，並結合一元線性回歸建立電極電勢與離子濃度的數學模型。基於STC89C52單片機和AD620儀用放大器，設計了硬體檢測電路和檢測程序，實現了對離子濃度的測量、顯示、存儲等操作。最後，通過對銅離子溶液的試驗驗證了該檢測儀的精確性。由於該檢測儀在相同的硬體條件下只需要更換相應的離子電極即可實現對不同重金屬離子的濃度檢測，因此具有良好的應用前景。
文檔編號G01N27/26GK103048366SQ20121054294
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月15日 優先權日2012年12月15日
發明者潘曉峰 申請人:新昌縣冠陽技術開發有限公司