[發明專利]一種土壤重金屬含量便攜式快速檢測儀

無效

• 申請號: 201210542944.2
• 申請日: 2012-12-15
• 公開（公告）號: CN103048366A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 潘曉峰
• 申請（專利權）人: 新昌縣冠陽技術開發有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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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便攜式快速檢測儀。

背景技術

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，但是隨之產生的污染物也大量增加，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，工業污染物亂排亂放使水果的種植受到各種重金屬的污染，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，但是對樣品前處理復雜且時間長，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，研制了一種在線檢測重金屬離子濃度的便攜式檢測儀。

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污染，設計了一種重金屬離子濃度在線檢測系統。該系統基于離子選擇膜技術，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，并結合一元線性回歸建立電極電勢與離子濃度的數學模型。基于STC89C52單片機和AD620儀用放大器，設計了硬件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。最后，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、便攜式，方便操作，縮短檢測周期。相對于常規的化學檢測方法，本系統自動地對數據采集與處理。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采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。對于項目便攜式的電源要求，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，再通過對控制芯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。?附圖說明?圖1?硬件系統總體框圖?圖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：?1）、微小電信號的放大、采集及濾波。?2）、對采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）、對采集數據的高校管理。?5）、便攜式的設計與實現。?????土壤重金屬含量便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采集、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，具有良好的人機交互界面。

硬件與軟件具體描述如下：

檢測儀硬件電路主要對離子電極產生的電壓信號進行采集、濾波和放大，使之變換成適合A/D?轉換器的輸入信號，

????并經過A/D?轉換為數字信號，同時理由溫度傳感器讀取環境溫度信號，二者由單片機讀取并處理后，將經溫度補償后的檢測結果進行顯示、存儲、傳輸和測量結果打印等操作。據此，?檢測儀硬件電路主要由離子電極電壓信號采集與處理、通信、電源、存儲器和顯示等模塊組成，如圖1?所示。

檢測儀軟件采用模塊化，基于KeilC51?軟件開發工具，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（即數據采集、顯示、傳輸、存儲和打印等模塊）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并執行。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，完成數據采集、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。