在线水质监测系统研究与设计

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随着经济高速发展的同时,生态环境遭到不同程度的破坏,环境问题也日趋严峻,尤其突发性水体污染事故频发,全球水污染已比较严重,严重威胁到人民的日常生活和社会的发展。水质的实时监测已成为一个重要的课题,研究并设计一种可以同时测量多个参数的在线水质监测系统具有十分重要的意义。  本文在分析国内外水质监测技术的基础上,考虑到野外环境的因素,提出了一种在线水质监测系统,该系统可以监测水温、pH值、氨氮、COD四个水质参数,通过ZigBee无线组网通信技术,在监测中心可以观察实时数据。采用了电分析化学与电子信息技术相结合的方法,该方法可以解决普通化学检测方法带来的二次污染问题。  在硬件设计上,信号采集模块采用以运算放大器为核心的放大电路、滤波电路, COD测量采用三电极恒电位电路;控制模块采用ATmega16单片机为主控芯片,对串口通信接口电路、模拟开关电路、A/D转换电路及外围电路进行设计。在软件设计上,提出以卡尔曼滤波算法减弱测量过程中带入的随机白噪声、以限幅平均滤波算法获得平滑的有效数据的数据处理方法,在测量pH值和氨氮时采用温度补偿的方法提高测量的准确性;分析ZigBee协议栈,实现协调器节点与传感器节点组合的星型网络结构。  实验结果表明,测量 pH值的误差在±0.1pH范围内;测量氨氮的误差较大;葡萄糖浓度为40~100mg/L时,测量COD的校准曲线线性度高。系统的性能指标达到了预期的效果,基本能满足小型水文监测站的需求。
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