极低功耗水质实时监测系统的开发
发布时间：2020-11-13 00:08
目前水质污染日趋严重,各种原因导致水质监测成效甚微,国内使用的水质监测系统受电子工艺和制造技术等的限制,大多数为有线监测,自动化水平低,严重制约了对水质的实时监测。研究一套极低功耗水质实时监测系统用于对水质进行无线实时监测极具现实意义。本课题根据实际应用需求,设计了一套极低功耗水质实时监测系统,并通过对系统硬件与软件节点以及系统性能的测试方面进行了初步设计,主要的工作和成果如下:1)使用超低功耗、四通道、单电源的放大器设计pH信号放大调理电路并仿真,使得pH传感器的输出电信号范围在-414mV(pH=14)~+414mV(pH=0)之间的电路输入电压通过信号调理放大电路后的输出电压在1.4V~0V的范围内一一对应。2)pH传感器易受温度的影响,需设计温度补偿电路对其进行修正,利用超低功耗、四通道、单电源的放大器构建恒流源与建立Pt1000的SPICE模型进行温度补偿信号转换并放大的电路设计、仿真,可以通过温度补偿电路的输出电压反推出当前温度下水质的pH值。3)根据仿真原理图设计并制作PCB板进行测试,在电路实测中使用3V供电,实现了电路的极低功耗,即总电流130μA以下;使用单片机、蓝牙、串口数据线将pH放大电路的输出电压传输到PC端,界面显示。4)使用纳瓦级功率、零漂移运算放大器代替超低功耗、四通道、单电源的放大器对仿真电路进行改进;3V电压供电时,pH仿真放大电路的最大功耗不超过7μA,而温度补偿仿真电路的总功耗也不超过8μA,使系统能够更长时间地工作;在设计上做到了以简约的设计实现需求,有利于成本的节约。本文指明对极低功耗水质实时监测系统进行进一步改进和完善的方向。
【学位单位】：上海第二工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP274;X832
【部分图文】：
图 1.1 电位反滴定法的测量示意图定的方式测量溶液中 pH 值时，指示电极（极）[38]之间会发生原电池反应。当滴定剂（着电磁搅拌器的搅动[39]，溶液中的 H+和 O电位读数 E 也随之发生改变。所以最好是位计的电位读数。当滴定的试液增加到滴定响较大，电极之间的电势差发生突变[40]，所加入一滴（约 0.05mL）就记录一次数据，理起来较为方便和准确。从而可以确定滴读数 E 和它的体积等记录数据反推此时被测测定法，也被称为薄膜电极。它是通过选择性薄膜示溶液中离子活度（或浓度）的一种电极。测定方法是以电化学为理论基础[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，对 pH 的测量原理进行了分析。我们能够得知：只需一台毫伏计“读”出来[104]。因此，实验过程中我们使用到如图 1.2 所示的是一有限公司提供的 pH 模拟器（毫伏计 25℃），该模拟器对电位的值，用来代替 pH 传感器进行 pH 值的模拟测试，如表 1.6 所示给出了压值大小。表 1.6 pH 值在模拟器上的对应电压大小pH 值 0 4 7 10 14电压（mV） +414 +177 0 -177 -414.6 可以得出模拟器的电压与 pH 值之间的关系：U（V）= -0.05925pH+
参比电极一般是包裹在测量电极外，电极内的多孔液体结合点使溶液产生物理和电接触，提供一个固定的参比电势[105]。当浸没在溶液（，参比电极的电势保持不变。质监测系统设计中，设计的核心是要保证测量结果的准确度，要完成对 p量。市面上的 pH 传感器（探头）千差万别，同种参数的检查往往可以采理的传感器[106]。因此，选择一款合适的探头是首要考虑的问题。在选择，我们有必要对传感器的精度、稳定性、响应时间、模拟信号或数字信号电压、被测对象特征的影响、校准周期、过输入保护等性能进行较为完整种选选择是如图 1.3 所示的这款三复合 pH 电极，它选用了国际上较为超敏感膜、凝胶电解质和大面积的环形聚四氟乙烯液和固体电介质相互接界聚苯硫醚/聚碳酸酯（PPS/PC）二元共混物制成的。上、下 3/4 NPT（60 制锥管螺纹代号）管螺纹；使用优质低噪音电缆线，具有较强的抗干扰性 0～14pH 之间，自带有温度补偿功能（PT100 TC-TC+），可测量的温度℃之间[107]。
【参考文献】
本文编号：2881434
【学位单位】：上海第二工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP274;X832
【部分图文】：
图 1.1 电位反滴定法的测量示意图定的方式测量溶液中 pH 值时，指示电极（极）[38]之间会发生原电池反应。当滴定剂（着电磁搅拌器的搅动[39]，溶液中的 H+和 O电位读数 E 也随之发生改变。所以最好是位计的电位读数。当滴定的试液增加到滴定响较大，电极之间的电势差发生突变[40]，所加入一滴（约 0.05mL）就记录一次数据，理起来较为方便和准确。从而可以确定滴读数 E 和它的体积等记录数据反推此时被测测定法，也被称为薄膜电极。它是通过选择性薄膜示溶液中离子活度（或浓度）的一种电极。测定方法是以电化学为理论基础[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，对 pH 的测量原理进行了分析。我们能够得知：只需一台毫伏计“读”出来[104]。因此，实验过程中我们使用到如图 1.2 所示的是一有限公司提供的 pH 模拟器（毫伏计 25℃），该模拟器对电位的值，用来代替 pH 传感器进行 pH 值的模拟测试，如表 1.6 所示给出了压值大小。表 1.6 pH 值在模拟器上的对应电压大小pH 值 0 4 7 10 14电压（mV） +414 +177 0 -177 -414.6 可以得出模拟器的电压与 pH 值之间的关系：U（V）= -0.05925pH+
参比电极一般是包裹在测量电极外，电极内的多孔液体结合点使溶液产生物理和电接触，提供一个固定的参比电势[105]。当浸没在溶液（，参比电极的电势保持不变。质监测系统设计中，设计的核心是要保证测量结果的准确度，要完成对 p量。市面上的 pH 传感器（探头）千差万别，同种参数的检查往往可以采理的传感器[106]。因此，选择一款合适的探头是首要考虑的问题。在选择，我们有必要对传感器的精度、稳定性、响应时间、模拟信号或数字信号电压、被测对象特征的影响、校准周期、过输入保护等性能进行较为完整种选选择是如图 1.3 所示的这款三复合 pH 电极，它选用了国际上较为超敏感膜、凝胶电解质和大面积的环形聚四氟乙烯液和固体电介质相互接界聚苯硫醚/聚碳酸酯（PPS/PC）二元共混物制成的。上、下 3/4 NPT（60 制锥管螺纹代号）管螺纹；使用优质低噪音电缆线，具有较强的抗干扰性 0～14pH 之间，自带有温度补偿功能（PT100 TC-TC+），可测量的温度℃之间[107]。
【参考文献】
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本文编号：2881434
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