飲用水濃度檢測數據采集分析范文

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1系統硬件設計

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/電壓轉換電路轉換成電壓信號幅值較小，而且有干擾信號，無法直接被單片機采集，所以，需要經過濾波放大電路后才可以送給單片機。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。經過放大電路后，C8051F310單片機利用內部自帶的10位A/D轉換器對放大后的信號進行采集得到電壓信號，然后送給上位機。

2系統軟件設計

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

2．1C8051F310單片機采集程序C8051F310單片機內部自帶10位AD，轉換速率可達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。串口發送利用單片機的串口發送給上位機，波特率設置為9600，單片機采集完電壓信號后，立即發送給上位機。圖4為單片機采集程序流程圖。

2．2軟件設計溴酸鹽檢測與分析系統的軟件部分在LabVIEW平臺上進行開發，采集硬件部分的電壓信號，利用RS—232接口將信號傳入PC，及時地顯示信號數值及其波形，完成對溴酸鹽檢測與分析系統硬件設備的檢測，設計流程如圖5所示。數據處理包括數據接收和數據分析。在數據接收方面，上位機一幀一幀地接收數據，每一幀有4個字節數據，分別為:1個字節的幀頭、2個字節的電壓值、1個字節的幀尾。為了保持數據的可靠性，程序采取對50組數據求平均值的方法。這里采用的是移位寄存器，在大循環框內使用2個移位寄存器，程序每一次循環4個數都不斷疊加直到50組數發送完成，然后對這個總數求平均值。數據分析方面，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，必須進行非線性化校正，使之線性化。線性化方法很多，在此應用最小化二乘法原理實現曲線擬合，而且選取在Matlab平臺上實現［6］。先用精密天平稱量不同質量的溴酸鉀粉末，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行測試，得到的數據如表1所示。得到數據在Matlab平臺上進行曲線擬合，分別用二，三，四，五次多項式進行擬合，如圖7～圖10所示?？梢钥闯觯梦宕味囗検侥軌蚝芎玫財M合出電壓值與溴酸鹽濃度值的關系，而且在計算機上實現起來也比較快速、容易，因此，采用五次多項式進行擬合。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系，五次多項式的系數分別為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系統實驗

先用精密天平稱量不同質量的溴酸鉀粉末，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進行測試，得到的數據如表2所示。

4結論

飲用水中溴酸鹽超標會危及人的身體健康導致癌變問題已引起國際社會普遍關注，因此，設計一種能快速、準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上，采用軟硬件結合的方式設計了一種數據采集系統，該系統穩定可靠，能夠準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 電子工程與自動化學院 桂林電子科技大學 北海職業技術學院 桂林電子科技大學 計算機與控制學院