目前水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重,各種原因?qū)е滤|(zhì)監(jiān)測成效甚微,國內(nèi)使用的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)受電子工藝和制造技術(shù)等的限制,大多數(shù)為有線監(jiān)測,自動(dòng)化水平低,嚴(yán)重制約了對水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。研究一套極低功耗水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)用于對水質(zhì)進(jìn)行無線實(shí)時(shí)監(jiān)測極具現(xiàn)實(shí)意義。本課題根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)了一套極低功耗水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng),并通過對系統(tǒng)硬件與軟件節(jié)點(diǎn)以及系統(tǒng)性能的測試方面進(jìn)行了初步設(shè)計(jì),主要的工作和成果如下:1)使用超低功耗、四通道、單電源的放大器設(shè)計(jì)pH信號(hào)放大調(diào)理電路并仿真,使得pH傳感器的輸出電信號(hào)范圍在-414mV(pH=14)~+414mV(pH=0)之間的電路輸入電壓通過信號(hào)調(diào)理放大電路后的輸出電壓在1.4V~0V的范圍內(nèi)一一對應(yīng)。2)pH傳感器易受溫度的影響,需設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路對其進(jìn)行修正,利用超低功耗、四通道、單電源的放大器構(gòu)建恒流源與建立Pt1000的SPICE模型進(jìn)行溫度補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)換并放大的電路設(shè)計(jì)、仿真,可以通過溫度補(bǔ)償電路的輸出電壓反推出當(dāng)前溫度下水質(zhì)的pH值。3)根據(jù)仿真原理圖設(shè)計(jì)并制作PCB板進(jìn)行測試,在電路實(shí)測中使用3V供電,實(shí)現(xiàn)了電路的極低功耗,即總電流130μA以下;使用單片機(jī)、藍(lán)牙、串口數(shù)據(jù)線將pH放大電路的輸出電壓傳輸?shù)絇C端,界面顯示。4)使用納瓦級(jí)功率、零漂移運(yùn)算放大器代替超低功耗、四通道、單電源的放大器對仿真電路進(jìn)行改進(jìn);3V電壓供電時(shí),pH仿真放大電路的最大功耗不超過7μA,而溫度補(bǔ)償仿真電路的總功耗也不超過8μA,使系統(tǒng)能夠更長時(shí)間地工作;在設(shè)計(jì)上做到了以簡約的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)需求,有利于成本的節(jié)約。本文指明對極低功耗水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和完善的方向。
【學(xué)位單位】：上海第二工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP274;X832
【部分圖文】：

圖 1.1 電位反滴定法的測量示意圖定的方式測量溶液中 pH 值時(shí)，指示電極（極）[38]之間會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)。當(dāng)?shù)味▌ㄖ姶艛嚢杵鞯臄噭?dòng)[39]，溶液中的 H+和 O電位讀數(shù) E 也隨之發(fā)生改變。所以最好是位計(jì)的電位讀數(shù)。當(dāng)?shù)味ǖ脑囈涸黾拥降味戄^大，電極之間的電勢差發(fā)生突變[40]，所加入一滴（約 0.05mL）就記錄一次數(shù)據(jù)，理起來較為方便和準(zhǔn)確。從而可以確定滴讀數(shù) E 和它的體積等記錄數(shù)據(jù)反推此時(shí)被測測定法，也被稱為薄膜電極。它是通過選擇性薄膜示溶液中離子活度（或濃度）的一種電極。測定方法是以電化學(xué)為理論基礎(chǔ)[43]，利用生

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 02 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14… … … … +59.16 0 -59.16 … … … … -414，對 pH 的測量原理進(jìn)行了分析。我們能夠得知：只需一臺(tái)毫伏計(jì)“讀”出來[104]。因此，實(shí)驗(yàn)過程中我們使用到如圖 1.2 所示的是一有限公司提供的 pH 模擬器（毫伏計(jì) 25℃），該模擬器對電位的值，用來代替 pH 傳感器進(jìn)行 pH 值的模擬測試，如表 1.6 所示給出了壓值大小。表 1.6 pH 值在模擬器上的對應(yīng)電壓大小pH 值 0 4 7 10 14電壓（mV） +414 +177 0 -177 -414.6 可以得出模擬器的電壓與 pH 值之間的關(guān)系：U（V）= -0.05925pH+

參比電極一般是包裹在測量電極外，電極內(nèi)的多孔液體結(jié)合點(diǎn)使溶液產(chǎn)生物理和電接觸，提供一個(gè)固定的參比電勢[105]。當(dāng)浸沒在溶液（，參比電極的電勢保持不變。質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的核心是要保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，要完成對 p量。市面上的 pH 傳感器（探頭）千差萬別，同種參數(shù)的檢查往往可以采理的傳感器[106]。因此，選擇一款合適的探頭是首要考慮的問題。在選擇，我們有必要對傳感器的精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間、模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)電壓、被測對象特征的影響、校準(zhǔn)周期、過輸入保護(hù)等性能進(jìn)行較為完整種選選擇是如圖 1.3 所示的這款三復(fù)合 pH 電極，它選用了國際上較為超敏感膜、凝膠電解質(zhì)和大面積的環(huán)形聚四氟乙烯液和固體電介質(zhì)相互接界聚苯硫醚/聚碳酸酯（PPS/PC）二元共混物制成的。上、下 3/4 NPT（60 制錐管螺紋代號(hào)）管螺紋；使用優(yōu)質(zhì)低噪音電纜線，具有較強(qiáng)的抗干擾性 0～14pH 之間，自帶有溫度補(bǔ)償功能（PT100 TC-TC+），可測量的溫度℃之間[107]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2881434