[发明专利]一种土壤重金属含量便携式快速检测仪

说明书

 

技术领域

一项电子信息技术领域领域的发明，具体是土壤重金属含量便携式快速检测仪。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，重金属在工业发展的道路上应用相当广泛，但是随之产生的污染物也大量增加，未经处理的工业三废被大量的排放到环境中，而人类不可缺少的农产品也大受影响，工业污染物乱排乱放使水果的种植受到各种重金属的污染，包括Cr、Cu、Cd、Pb 等，这些重金属最终将进入人类体内，影响身体健康。因此及时检测水果中重金属含量，对控制重金属进去人体有着重要的意义。

目前定量检测重金属的常用方法有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等检测分析技术，这些光谱法虽然检测精度和稳定性都较好，但是对样品前处理复杂且时间长，无法实现实时现场快速检测的需求。

本发明主要结合离子选择性电极及温度补偿原理，通过上位机管理模块和下位机检测模块，研制了一种在线检测重金属离子浓度的便携式检测仪。

本发明与较传统重金属离子浓度的检测方法相比，此方法减少了检测过程中的繁琐的实验操作，此外大大缩短检测周期，同时降低了对操作人员的专业技能要求。

发明内容

    本发明针对蔬菜基地存在的重金属污染，设计了一种重金属离子浓度在线检测系统。该系统基于离子选择膜技术，通过微小型的Cu+—ISE，利用电势测定法研究ISE的电化学响应特性，并结合一元线性回归建立电极电势与离子浓度的数学模型。基于STC89C52单片机和AD620仪用放大器，设计了硬件检测电路和检测程序，实现了对离子浓度的测量、显示、存储等操作。最后，通过对铜离子溶液的试验验证了该检测仪的精确性。

本发明主要发明创新点： 1、能对蔬菜基地土壤中重金属离子进行快速检测。 2、便携式，方便操作，缩短检测周期。相对于常规的化学检测方法，本系统自动地对数据采集与处理。大大减少对人力资源的依赖，提高操作简便性和快速性。 3、根据环境因素能实现对采集数据进行自适应校正与补偿。 4、建立微量元素与测量信号的数学模型。 5、低功耗。对于项目便携式的电源要求，仪器使用高能电池供电。本系统耗电主要是控制器和液晶显示器。选择低功耗的控制器和液晶显示器，再通过对控制芯片和液晶显示器的休眠机制、低功耗的工作模式等技术实现整机的功耗的控制，延长系统工作时间，避免频繁更换电池。 附图说明 图1 硬件系统总体框图 图2 主程序流程图 具体实施方式 下面对本发明的技术方案做进一步地说明。 关键技术主要有： 1）、微小电信号的放大、采集及滤波。 2）、对采集数据的自适应滤波。 3）、建立电信号与重金属离子浓度的数学模型。 4）、对采集数据的高校管理。 5）、便携式的设计与实现。     土壤重金属含量便携式快速检测仪工作过程是： 1、对蔬菜土壤浸提溶液中重金属离子浓度进行采集、滤波和放大，结合离子浓度模型和温度补偿原理计算离子浓度，结果显示在液晶显示屏上； 2、对蔬菜土壤浸提溶液中重金属离子浓度检测数据进行分析、存储等操作； 3、通过标准溶液对该重金属离子检测仪进行校准，同时设有按键及液晶显示管理程序，具有良好的人机交互界面。

硬件与软件具体描述如下：

检测仪硬件电路主要对离子电极产生的电压信号进行采集、滤波和放大，使之变换成适合A/D 转换器的输入信号，

    并经过A/D 转换为数字信号，同时理由温度传感器读取环境温度信号，二者由单片机读取并处理后，将经温度补偿后的检测结果进行显示、存储、传输和测量结果打印等操作。据此， 检测仪硬件电路主要由离子电极电压信号采集与处理、通信、电源、存储器和显示等模块组成，如图1 所示。

检测仪软件采用模块化，基于KeilC51 软件开发工具，应用C51 高级语言进行程序的编写，通过串口完成对单片机程序的烧写，其主要程序包括：基本模块驱动程序（即数据采集、显示、传输、存储和打印等模块）和数据处理程序。各子程序是在主程序的控制下，按预定的方式在各种触发条件具备时响应并执行。系统主体设计流程图如图2 所示。

数据处理模块的主要功能就是使系统按照测量原理，按照给定的流程，完成数据采集、数据处理、数据储存、液晶显示等任务。本测量程序依据读取的ADS1100 转换的数字量，经过相应的计算转换为模拟量显示在液晶上，通过单总线接口读取DS18B20 的转换数值，得到溶液温度，同时在测量的过程中会进行温度补偿以提高仪器的测量精度。测量过程中需注意的是，在测量前需多次（至少3 次以上）用待测溶液清洗电极以减小误差。