水環(huán)境重金屬檢測儀器的硬件設(shè)計.pdf

1、本文的內(nèi)容主要分為兩部分，首先分別介紹了基于光尋址電位傳感器和電化學(xué)電極的無線傳感節(jié)點的設(shè)計，設(shè)計根據(jù)不同傳感器的測量需要設(shè)計了完全不同的測量電路，同時主控芯片和射頻芯片也采用了功能上有差異的芯片；其次介紹了一種以差分脈沖溶出伏安法作為檢測技術(shù)，用于現(xiàn)場檢測海水中痕量重金屬元素(銅、鉛、鋅、鎘)的自動分析儀器的硬件設(shè)計。
　　 海水中重金屬含量的檢測可以借助于逐漸發(fā)展成熟的無線傳感網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)為人們提供了一種全新的獲

2、取信息、處理信息的方式，傳感器節(jié)點采用功耗極低的MSP430作為控制器，配以測量電路、無線傳輸電路實現(xiàn)節(jié)點的功能。兩種節(jié)點由于測量的信號不同所以其測量電路有明顯差異，其中光尋址電位傳感器產(chǎn)生的是正弦交流小信號，電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的是直流小信號，所以針對光尋址電位傳感器節(jié)點部分，主控芯片采用了MSP430FG4619，測量電路應(yīng)用以AD5933為核心的鎖相電路實現(xiàn)，無線傳輸芯片采用了CC2500芯片。針對電化學(xué)傳感器節(jié)點部分，主控芯片采用了

3、功能更為強(qiáng)大、功耗控制更加優(yōu)異的MSP430F5438，測量電路以24位的ADS1251為核心實現(xiàn)，無線傳輸芯片采用了支持Zigbee協(xié)議的CC2420芯片。
　　 儀器在功能上可分為測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分。測量系統(tǒng)采用了差分脈沖伏安溶出法，使用高精度ADC和低偏置電流運(yùn)放構(gòu)成微電流采樣系統(tǒng)，使用高精度DAC和大電流緩沖放大器構(gòu)成了恒電位儀，在控制系統(tǒng)的控制下完成測量；控制系統(tǒng)采用微處理器DS80C320和可編程單片機(jī)外圍器

4、件PSD854F2組成最小系統(tǒng)，根據(jù)需要靈活配置泵，閥的開啟關(guān)閉順序，延遲時間等測量參數(shù)，完成各種復(fù)雜的全自動操作，保證了測量的準(zhǔn)確性。
　　 我們對無線節(jié)點以及樣機(jī)分別進(jìn)行了性能測試，對無線節(jié)點方面，做了信號源分辨率、電流分辨率、功耗測試和傳輸距離測試，樣機(jī)測試包括電化學(xué)系統(tǒng)的電流分辨率、恒電位儀輸出穩(wěn)定性測試。測試結(jié)果表明硬件指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，目前我們設(shè)計的節(jié)點和儀器正在實驗室進(jìn)行測試，實踐表明我們的系統(tǒng)無論是節(jié)點還是儀