智能浊度传感器的研究与设计

摘要

水作为日常生活中必不可少的一部分，衡量其质量的好坏具有重要的意义。浊度作为水质检测的重要指标之一，其测量要求也越来越严格，浊度检测越来越受到关注和重视。目前，市场上国外浊度仪占主流趋势，但是价格昂贵。国内浊度仪价格适中，但是质量优良的较少。国内浊度仪（尤其是在线浊度仪）在可靠性和稳定性上都有很大的上升空间。为了提高浊度传感器的检测精度，本文通过分析浊度检测原理，利用最小二乘支持向量机对散射、透射、比值三种方法的检测数据以及温度值和环境光值进行融合，从而提高了浊度测量精度和抗干扰能力。
　　论文的主要工作如下:
　　1.设计并实现浊度传感器系统。该系统主要包括硬件设计，光路设计和嵌入式软件设计。硬件设计主要包括光源和探测器的电路设计，信号调理电路的搭建，基于STM32的数据采集。光路设计则是对浊度仪结构进行设计，保证光路的合理布局。它主要是光源和检测器的选型和放置，使其符合国际标准的要求。嵌入式软件设计主要是软件初始化程序及其基本的硬件驱动程序，目的是实现数据采集和数据传输的功能。
　　2.建立浊度的算法模型。分析浊度检测中出现的干扰因素，并采用最小二乘支持向量机建立浊度检测模型。该模型融合散射、透射和比值三种方法检测的数据，并加入温度和环境光干扰因子，能够针对不同浊度范围分配输入因子的权重，从而能够适应环境检测以提高检测精度。
　　3.设计并进行了浊度传感器性能评估实验。实验结果表明本文设计的浊度传感器在低浊度范围的检测精度和抗干扰能力上有所提高。

目录

声明

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

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 论文组织

第2章 浊度测量的基础理论

2．1 浊度的定义和测量单位

2．1．1 浊度的定义

2．1．2 浊度的单位

2．2 浊度的检测方法

2．2．1 透射检测方法

2．2．2 散射检测方法

2．2．3 比值检测方法

2．2．4 表面散射光测量法

2．3 方法改进

2．4 本章总结

第3章 浊度传感器设计

3．1 浊度传感器的光学设计

3．1．1 光源选择

3．1．2 光电探测器选择

3．1．3 试样槽选择

3．1．4 传感器结构设计

3．2 浊度传感器的硬件设计

3．2．1 电源模块设计

3．2．2 调理电路设计

3．2．3 核心板设计

3．2．4 通信模块设计

3．3 浊度传感器的软件设计

3．3．1 A／D采集驱动的编写

3．3．2 A／D数据预处理

3．3．3 温度采集程序

3．3．4 光照采集程序

3．3．5 浊度传感器与PC机通信

3．4 本章总结

第4章 基于LS-SVM的浊度传感器建模

4．1 最小二乘支持向量机概述

4．2 常用浊度数据处理方法

4．3 浊度传感器建模方法

4．3．1 干扰因素分析

4．3．2 建模步骤

4．4 本章总结

第5章 系统实现与实验结果分析

5．1 浊度标定

5．2 实验结果分析

5．2．1 示值准确度实验

5．2．2 对比性分析

5．2．3 干扰分析

5．2．4 仪器校准

5．3 本章总结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果