基于近红外光的浊度检测系统设计

摘要

水是人类赖以生存的重要物质条件之一，随着社会的发展和科技的进步，人们对生活用水的质量有了更为严格的要求。浊度是鉴定水质优劣的重要木质指标，因此，对浊度的测量成了判别水质优劣的最简方式之一。进口浊度检测仪器的精度及稳定性高，但价格昂贵，维护性差;而国产浊度仪价格适中，但测量范围窄，且稳定性及可靠性方面稍差。因此，如何在现有的硬件条件前提下，设计出功能稳定、可靠性高、价格便宜、适合大众需求的浊度测量仪成为了水质检测领域的研究热点。
　　本文依据浊度测量原理以及国内外浊度测量仪的研究现状和未来发展趋势，设计了一种基于近红外光的浊度检测系统。该系统以近红外发光二极管作发射光光源，采用散射法和透射法相结合的形式设计水样槽结构，完成了浊度传感器的设计;以STC12C5A60S2单片机为核心，设计了系统硬件，包括恒流源驱动模块、继电器控制模块、信号处理模块和显示电路模块;利用KEIL软件对系统进行编程与仿真，完成了A/D转换、数据的采集、计算与处理;实现了浊度值显示、浊度阈值设置、上限报警等功能。基于Labview平台编写上位机软件，设定串口通讯协议，实现浊度检测系统的通信功能，方便数据的传送和后续处理。
　　实验结果表明:该系统测量范围为0～1000NTU;0～200NTU内，测量精度±1％FS;200～1000NTU内，测量精度±3％FS;分辨率为0.1NTU;浊度测量值重复性误差≤5％;电压稳定性±0.3％;系统的线性度和稳定性较好。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 主要研究内容

第2章 浊度测量的理论基础

2．1 浊度的概述

2．2 浊度测量原理

2．2．1 水样对光的吸收作用

2．2．2 水样对光的散射作用

2．3 浊度测量方法

2．3．1 透射光测量法

2．3．2 散射光测量法

2．3．3 散射—透射比值测量法

2．4 浊度测量方法的确定

2．5 本章小结

第3章 浊度传感器设计

3．1 光源器件的选型

3．1．1 光源器件国际标准

3．1．2 光源器件的确定

3．2 光电探测器件的选型

3．3 水样槽结构的设计

3．4 本章小结

第4章 浊度检测系统总体设计

4．1 浊度检测系统总体结构设计

4．2 浊度检测系统的设计技术指标

4．3 恒流源驱动电路

4．4 继电器选通电路

4．5 信号处理电路

4．5．1 信号获取电路设计

4．5．2 运放的选择及特性

4．5．3 I/V转换电路设计

4．6 电压放大电路

4．7 单片机系统及外围模块

4．7．1 A/D转换

4．7．2 LCD显示电路

4．7．3 串口通讯电路

4．7．4 按键及报警电路

4．8 电源供电电路

4．9 本章小结

第5章 浊度检测系统的软件设计

5．1 开发环境

5．2 程序整体设计方案

5．2．1 按键中断子程序的设计

5．2．2 采样与滤波模块

5．2．3 串行通讯模块

5．3 浊度测量数据的标定

5．4 本章小结

第6章 实验结果与数据分析

6．1 浊度标准液的配置

6．2 重复性实验

6．3 浊度传感器标定

6．3．1 散射光测量法标定

6．3．2 透射光测量法标定

6．4 整体数据分析

6．5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

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