饮用水浓度检测数据采集分析范文

1系统硬件设计

硬件部分由滤波电路和放大部分组成，因为微波频率信号再由频率/电压转换电路转换成电压信号幅值较小，而且有干扰信号，无法直接被单片机采集，所以，需要经过滤波放大电路后才可以送给单片机。滤波电路采用Sallen-Key滤波器，Sallen-Key滤波器又称双极点电压控制电压源［3］，如图2所示。滤波器输出信号后再通过放大电路，电路采用LMC6484［4］组成的放大电路，如图3所示。经过放大电路后，C8051F310单片机利用内部自带的10位A/D转换器对放大后的信号进行采集得到电压信号，然后送给上位机。

2系统软件设计

软件系统主要包括C8051F310单片机对电压信号的采集程序和用LabVIEW编写的上位机。

2．1C8051F310单片机采集程序C8051F310单片机内部自带10位AD，转换速率可达200ksps，具有17个外部单端或差分输入，VREF可以在外部引脚或VDD中选择［5］。设计采用单端输入，VREF接5V电压，可以采集到0～5V的电压信号，精度为0．00488V，可以满足实验需要。串口发送利用单片机的串口发送给上位机，波特率设置为9600，单片机采集完电压信号后，立即发送给上位机。图4为单片机采集程序流程图。

2．2软件设计溴酸盐检测与分析系统的软件部分在LabVIEW平台上进行开发，采集硬件部分的电压信号，利用RS—232接口将信号传入PC，及时地显示信号数值及其波形，完成对溴酸盐检测与分析系统硬件设备的检测，设计流程如图5所示。数据处理包括数据接收和数据分析。在数据接收方面，上位机一帧一帧地接收数据，每一帧有4个字节数据，分别为:1个字节的帧头、2个字节的电压值、1个字节的帧尾。为了保持数据的可靠性，程序采取对50组数据求平均值的方法。这里采用的是移位寄存器，在大循环框内使用2个移位寄存器，程序每一次循环4个数都不断叠加直到50组数发送完成，然后对这个总数求平均值。数据分析方面，由于传感器输出的电压值与所测溴酸盐浓度值之间存在明显的非线性，为了提高测量精度，必须进行非线性化校正，使之线性化。线性化方法很多，在此应用最小化二乘法原理实现曲线拟合，而且选取在Matlab平台上实现［6］。先用精密天平称量不同质量的溴酸钾粉末，再用蒸馏水分别配置5，8，11，14，17，20，23，26，29，32，35，38，41，44，47，50μg/L的溴酸钾溶液，并用滴管分别取不同浓度的溴酸钾溶液进行测试，得到的数据如表1所示。得到数据在Matlab平台上进行曲线拟合，分别用二，三，四，五次多项式进行拟合，如图7～图10所示。可以看出，用五次多项式能够很好地拟合出电压值与溴酸盐浓度值的关系，而且在计算机上实现起来也比较快速、容易，因此，采用五次多项式进行拟合。从图10的曲线图可以很容易得到溴酸盐浓度值与传感器输出电压值之间的关系，五次多项式的系数分别为0．2764，－2．4990，7．0900，－5．5968，7．3794，2．6526，因此，拟合的曲线方程可以表示。

3系统实验

先用精密天平称量不同质量的溴酸钾粉末，再用蒸馏水分别配置5，10，15，20，30，40，50μg/L的溴酸钾溶液。配完溶液后，用滴管分别取不同浓度的溴酸钾溶液滴到薄壁玻璃瓶内进行测试，得到的数据如表2所示。

4结论

饮用水中溴酸盐超标会危及人的身体健康导致癌变问题已引起国际社会普遍关注，因此，设计一种能快速、准确检测出饮用水中溴酸盐浓度的装置有重要意义。本文在溴酸盐浓度检测传感器的基础上，采用软硬件结合的方式设计了一种数据采集系统，该系统稳定可靠，能够准确测量传感器输出的微弱信号，并正确显示溴酸钾溶液的浓度值，精度为2μg/L。

作者：潘凯 朱名日 姚鑫 刘文彬 郑丹平 周光祥 单位：桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院 桂林电子科技大学 北海职业技术学院 桂林电子科技大学 计算机与控制学院