飲用水濃度檢測數(shù)據(jù)采集分析范文

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1系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件部分由濾波電路和放大部分組成，因為微波頻率信號再由頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號幅值較小，而且有干擾信號，無法直接被單片機(jī)采集，所以，需要經(jīng)過濾波放大電路后才可以送給單片機(jī)。濾波電路采用Sallen-Key濾波器，Sallen-Key濾波器又稱雙極點電壓控制電壓源［3］，如圖2所示。濾波器輸出信號后再通過放大電路，電路采用LMC6484［4］組成的放大電路，如圖3所示。經(jīng)過放大電路后，C8051F310單片機(jī)利用內(nèi)部自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器對放大后的信號進(jìn)行采集得到電壓信號，然后送給上位機(jī)。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要包括C8051F310單片機(jī)對電壓信號的采集程序和用LabVIEW編寫的上位機(jī)。

2．1C8051F310單片機(jī)采集程序C8051F310單片機(jī)內(nèi)部自帶10位AD，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps，具有17個外部單端或差分輸入，VREF可以在外部引腳或VDD中選擇［5］。設(shè)計采用單端輸入，VREF接5V電壓，可以采集到0～5V的電壓信號，精度為0．00488V，可以滿足實驗需要。串口發(fā)送利用單片機(jī)的串口發(fā)送給上位機(jī)，波特率設(shè)置為9600，單片機(jī)采集完電壓信號后，立即發(fā)送給上位機(jī)。圖4為單片機(jī)采集程序流程圖。

2．2軟件設(shè)計溴酸鹽檢測與分析系統(tǒng)的軟件部分在LabVIEW平臺上進(jìn)行開發(fā)，采集硬件部分的電壓信號，利用RS—232接口將信號傳入PC，及時地顯示信號數(shù)值及其波形，完成對溴酸鹽檢測與分析系統(tǒng)硬件設(shè)備的檢測，設(shè)計流程如圖5所示。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)分析。在數(shù)據(jù)接收方面，上位機(jī)一幀一幀地接收數(shù)據(jù)，每一幀有4個字節(jié)數(shù)據(jù)，分別為:1個字節(jié)的幀頭、2個字節(jié)的電壓值、1個字節(jié)的幀尾。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的可靠性，程序采取對50組數(shù)據(jù)求平均值的方法。這里采用的是移位寄存器，在大循環(huán)框內(nèi)使用2個移位寄存器，程序每一次循環(huán)4個數(shù)都不斷疊加直到50組數(shù)發(fā)送完成，然后對這個總數(shù)求平均值。數(shù)據(jù)分析方面，由于傳感器輸出的電壓值與所測溴酸鹽濃度值之間存在明顯的非線性，為了提高測量精度，必須進(jìn)行非線性化校正，使之線性化。線性化方法很多，在此應(yīng)用最小化二乘法原理實現(xiàn)曲線擬合，而且選取在Matlab平臺上實現(xiàn)［6］。先用精密天平稱量不同質(zhì)量的溴酸鉀粉末，再用蒸餾水分別配置5，8，11，14，17，20，23，26，29，32，35，38，41，44，47，50μg/L的溴酸鉀溶液，并用滴管分別取不同濃度的溴酸鉀溶液進(jìn)行測試，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。得到數(shù)據(jù)在Matlab平臺上進(jìn)行曲線擬合，分別用二，三，四，五次多項式進(jìn)行擬合，如圖7～圖10所示。可以看出，用五次多項式能夠很好地擬合出電壓值與溴酸鹽濃度值的關(guān)系，而且在計算機(jī)上實現(xiàn)起來也比較快速、容易，因此，采用五次多項式進(jìn)行擬合。從圖10的曲線圖可以很容易得到溴酸鹽濃度值與傳感器輸出電壓值之間的關(guān)系，五次多項式的系數(shù)分別為0．2764，－2．4990，7．0900，－5．5968，7．3794，2．6526，因此，擬合的曲線方程可以表示。

3系統(tǒng)實驗

先用精密天平稱量不同質(zhì)量的溴酸鉀粉末，再用蒸餾水分別配置5，10，15，20，30，40，50μg/L的溴酸鉀溶液。配完溶液后，用滴管分別取不同濃度的溴酸鉀溶液滴到薄壁玻璃瓶內(nèi)進(jìn)行測試，得到的數(shù)據(jù)如表2所示。

4結(jié)論

飲用水中溴酸鹽超標(biāo)會危及人的身體健康導(dǎo)致癌變問題已引起國際社會普遍關(guān)注，因此，設(shè)計一種能快速、準(zhǔn)確檢測出飲用水中溴酸鹽濃度的裝置有重要意義。本文在溴酸鹽濃度檢測傳感器的基礎(chǔ)上，采用軟硬件結(jié)合的方式設(shè)計了一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠準(zhǔn)確測量傳感器輸出的微弱信號，并正確顯示溴酸鉀溶液的濃度值，精度為2μg/L。

作者：潘凱 朱名日 姚鑫 劉文彬 鄭丹平 周光祥 單位：桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動化學(xué)院 桂林電子科技大學(xué) 北海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 桂林電子科技大學(xué) 計算機(jī)與控制學(xué)院