基于光电复合传感器的重金属检测及无线通讯系统设计

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工业发展导致的重金属对水质的污染不但损害着人类的健康,而且给生态环境带来了严重的破坏。如何检测湖泊、海洋等水质的重金属含量成了当务之急。随着无线传感器网络(WSN)概念的发展,其越来越多的应用到了环境检测中去。本文结合了无线技术,基于重金属传感器设计了一套水质重金属的检测系统。所作的工作如下:本文首先介绍了重金属的危害和当前重金属检测的一些技术和解决方案。接着,研究了应用于重金属检测的常规电极、微电极阵列和光寻址电位传感器(LAPS)以及光电复合传感器的原理和检测方法,并对重金属无线检测系统做了系统设计。在数据处理模块,使用了有限脉冲响应滤波器(FIR)对不同信噪比的信号进行了滤波;提出了光电复合传感器的多元线性回归模型;研究了溶液背景对检测结果的影响,提出了对原始信号加窗去基线的方法;并使用了偏最小二乘法进行离子浓度识别。最后通过实际数据验证了算法的有效性和实用性。重金属无线检测系统分为无线检测节点和无线节点管理软件。无线检测节点主控板是ARM9,采用的是嵌入式Linux操作系统。ARM主控板中运行着网络服务程序和测控板控制程序,共同完成与节点管理软件的交互。它们接收节点管理软件发送的测量命令,并且能够回传检测到的数据。无线节点管理软件使用跨平台的Qt库实现,能够运行在Windows或Linux平台上,其采用多线程技术对网络数据进行监听。它的主要功能是无线节点发现、检测节点测量过程控制和数据接收与分析。最后,文章介绍了重金属无线分析系统以及船载重金属分析仪的实际应用情况,并对无线覆盖距离、软件性能、节点运行情况进行了初步的分析和测试。实践表明我们的系统能够达到设计要求。
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