光电式污泥浓度计的研制

论文摘要

本课题是根据污水处理厂对污水处理的需要进行设计的。由于污水流过管道,会有污泥沉淀,在沉淀达到一定程度的时候,就有可能堵塞管道,引发事故。为实时了解管道污泥沉淀的情况,避免事故的发生,而为污水处理厂研发的一款采用光电式原理实时在线检测污泥浓度的仪器。本文研究了污泥浓度测量的原理,采用郎伯比尔定律推导出浓度计算公式,得出浓度只与光电探测器接收到信号的电流有关,并使用参数标定的方法,清楚未知常量,得出最终的浓度计算公式。传感器是根据污泥自身的特性,采用近红外发光二极管作为光源,采用内部集成有放大器的OPT101型光敏器件作为光电探测器,进行设计的。硬件采用多级放大、滤波、电压真有效值计算、模数转换等模块对传感器传输过来的信号进行二次处理,最终得到与浓度相关的电压值。在软件设计方面,使用C语言进行嵌入式程序设计,克服了汇编语言灵活性太低的缺点,并且大幅提高了工作效率。最后根据由硬件电路得到的电压值,通过嵌入式软件计算得出当前的污泥浓度,并显示在人机接口界面上。通过大量的实验和对硬件电路的多次修改,以及对检测结果的比对,结果表明,本课题使用光电式的原理所设计的污泥浓度计,已经可以稳定的应用在像污水处理厂这样的场合,并且运行可靠,测量精度高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文的主要工作内容
• 1.4 论文的组织形式
• 第二章 光电效应原理和郎伯比尔定律
• 2.1 光电效应
• 2.1.1 红外发光管概述
• 2.1.2 光电管概述
• 2.1.3 光电传感器的原型
• 2.2 郎伯比尔定律
• 2.2.1 郎伯比尔定律概述
• 2.2.2 郎伯比尔公式
• 2.2.3 污泥浓度计中应用郎伯比尔定律
• 2.3 本章小结
• 第三章 光电式污泥浓度计的工作原理
• 3.1 光电检测结构
• 3.1.1 红外管驱动波形
• 3.1.2 光电检测传感器结构
• 3.2 算法分析
• 3.2.1 浓度计算公式推导
• 3.2.2 浓度计算公式中常量的确定
• 3.3 本章小结
• 第四章 污泥浓度计的硬件电路设计
• 4.1 污泥浓度计整体框图
• 4.2 微控制器模块
• 4.2.1 主控框图
• 4.2.2 微控制器的选择
• 4.2.3 微控制器外围电路
• 4.3 光电传感器模块
• 4.4 发光管驱动模块
• 4.4.1 发光管驱动模块框图
• 4.4.2 DDS芯片和电流驱动芯片选择
• 4.4.3 模块电路
• 4.5 前向通道处理模块
• 4.5.1 前向通道模块图
• 4.5.2 芯片选择
• 4.5.3 模块电路
• 4.6 输出和通信模块
• 4.6.1 输出和通信模块图
• 4.6.2 芯片选择
• 4.6.3 模块电路图
• 4.7 人机接口模块
• 4.7.1 人机接口模块
• 4.7.2 人机模块电路图
• 4.8 本章小结
• 第五章 污泥浓度计软件设计
• 5.1 IAR for 430简介
• 5.2 污泥浓度计主程序设计
• 5.3 各部分子程序结构
• 5.3.1 发光管驱动程序流程
• 5.3.2 光电检测及浓度计算程序流程
• 5.3.3 液晶显示流程
• 5.3.4 继电器开关程序流程
• 5.3.5 4～20mA输出程序流程
• 5.3.6 菜单选择程序流程
• 5.3.7 浓度标定程序流程
• 5.4 本章小结
• 第六章 污泥浓度计的改进方案
• 第七章 污泥浓度计的调试
• 结论
• 参考文献
• 附录A 污泥浓度计主控板原理图
• 附录B 污泥浓度计实际界面显示图
• 附录C 污泥浓度计实物图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢