基于C8051F040的水体溶解氧检测系统的研究

摘要

我国是水资源缺乏的国家，人均占有量低于世界平均水平；改革开放以来，随着工农业生产的迅猛发展，大量工业废水、生活污水不断地向江河湖海排放。目前我国水资源60％已经受到污染，1.2亿人口正在使用不干净的水源，水污染形势十分严峻，故迫切需要对水源进行实时监测，及时发现污染，治理污染。在水质检测中，水体中的溶解氧含量是一项重要指标，当水体受到染污时，会导致溶解氧含量下降，因此需要研制水体溶解氧检测系统来进行水体环境实时监测，以便能够及时得到各个水域的水质情况，方便开展相关的治理工作。
　　 溶解氧检测的方法主要有碘量法、Clark电极法和新型的荧光淬灭法。目前市场上出现的大多数水体溶解氧检测设备是基于Clark电极法（又称电流测定法），其测量速度比碘量法要快，操作简便，干扰少，而且能够现场自动连续检测，但是其透氧膜和电极较易老化，需要定期活化，透氧膜也要经常更换，并且检测时需要耗氧，故要不停搅拌水样。国外出现了一种新型的基于荧光淬灭效应的溶解氧检测设备，该种设备能够快速检测出溶解氧含量，且在检测过程中不耗氧，传感膜寿命长，可实现长期在线监测。
　　 本论文基于荧光淬灭法，利用水中的氧分子对荧光的淬灭效应来实现水体溶解氧浓度的检测。实验中使用Tris(4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)ruthenium(Ⅱ)dichloride（化学名称是三（4，7-联苯-1，10-邻菲啰啉）二氯化钌）作为光化学传感膜的荧光敏感物质，该物质受到特定波长的蓝光照射时会激发出强烈的粉红色的荧光，水中的氧分子会对该粉红色荧光进行淬灭，因此可以通过检测荧光的强度来计算出对应溶解氧的含量。本文在此基础上研究设计了一套基于荧光淬灭法的溶解氧监测系统，系统中下位机采用了新型的混合信号SOC——C8051F040微控制器，结合了无线传输技术，能够对大面积水域实现多点、联网、实时、在线监测。论文的主要工作包括以下几点：
　　 1)论述仪器的整体系统架构，在前人的基础上分别对各功能模块进行设计，对硬件配置进行选型，绘制出硬件原理图和PCB图，制板后进行电路板的元器件焊接。
　　 2)基于设计好的硬件电路进行C8051F040单片机的嵌入式程序设计，根据各模块功能绘制流程图，利用C51编程语言编写下位机程序，并进行模块调试；设计基于RS232的无线传输通信协议，用于微控制器与PC机之间的通信；设计基于RS485的通信协议，用于下位机之间的通信。
　　 3)结合由同组人员开发的上位机软件对硬件各模块进行调试实验，下位机程序调试实验，新型光化学传感膜荧光强度响应实验，仪器检测结果同碘量法对比实验，仪器检测结果稳定性实验，分析数据得到仪器性能和检测精度。
　　 4)设计、研制成一套新型溶解氧检测系统，其检测精度为±0.2mg/L，准确性较好，系统监测的稳定性在5％以内，可以作为农业、水产养殖业用水及各类水资源水体检测系统进行推广，提高农业生产效率和现代化水平。