电化学法COD测量仪的设计与实现

论文摘要

当前,水体污染问题日渐突出,对人民生活和经济发展构成了很大的威胁,因此,水污染的监测治理越来越受到重视。化学需氧量（COD）是评价水体有机污染程度的综合指标,是水质监测的一个重要参数,也是我国“十一五”期间要求总量减排的主要指标之一,所以污水COD测量仪在水质监测方面具有重要的作用。现在应用的污水COD测量仪种类很多,检测原理也各不相同,本课题就是要采用电化学的检测方法,设计开发一种低成本,高精度、检测时间短,对环境无二次污染的COD测量仪。污水COD测量仪的开发包括三个方面的内容:COD测量方法的选择;COD测量仪的硬件系统设计;COD测量仪的软件系统设计。论文在详细地分析了COD检测技术和测量仪器开发现状的基础上,通过对常用检测技术的比较,选择适合三电极电化学传感器的羟基自由基（·OH）氧化-电化学测量法作为检测原理。仪器主要由上位机系统和下位机系统组成,上位机系统采用广泛应用于自动化仪表的嵌入式系统,以Windows CE嵌入式操作系统为平台,使用EVC可视化编程语言设计应用程序,实现对系统工作过程的控制;下位机以AT89S8252单片机为核心,采用C51编程语言设计程序,实现传感器控制、信号采集、处理和数据传输等功能;上位机与下位机通过RS232串口进行通信。论文设计开发的COD测量仪,操作简单,测量时间短,无二次污染。通过使用电化学传感器单元的等效电路模型对仪器进行的精度测试,和采用真实水样与电化学工作站的比较实验,结果表明该COD测量仪具有比较好的测量效果和广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 课题主要任务
• 1.3 本文主要内容和结构
• 2 污水COD测量方法分析
• 2.1 COD测量方法介绍
• 2.2 COD测量仪开发现状
• 2.3 测量方法选择
• 2.3.1 测量方法选择
• 2.3.2 三电极电化学传感器介绍
• 3 嵌入式开发系统
• 3.1 嵌入式系统
• 3.1.1 嵌入式系统简介
• 3.1.2 嵌入式系统基本组成
• 3.1.3 ARM9处理器介绍
• 3.2 嵌入式操作系统的选择
• 3.2.1 几种代表性嵌入式操作系统概述
• 3.2.2 嵌入式操作系统的选择
• 3.3 Windows CE嵌入式操作系统
• 3.3.1 Windows CE操作系统介绍
• 3.3.2 Windows CE的特点和结构
• 3.3.3 Windows CE 5.0嵌入式系统平台定制
• 4 COD测量仪硬件系统设汁
• 4.1 系统设计目标及性能要求
• 4.2 COD测量仪硬件总体设计
• 4.2.1 硬件电路系统总体设计
• 4.2.2 Utu2440-F嵌入式开发系统介绍
• 4.3 电源系统设计
• 4.3.1 电源需求分析
• 4.3.2 电源电路设计
• 4.4 下位机系统硬件设计
• 4.4.1 恒电位控制电路设计
• 4.4.2 I/V转换电路设计
• 4.4.3 A/D采样电路设计
• 4.4.4 串行通信接口电路设计
• 4.5 磁力搅拌器电路设计
• 5 COD测量仪软件系统设计
• 5.1 系统软件总体设计
• 5.1.1 系统软件功能框图
• 5.1.2 数据通信规则
• 5.2 下位机程序设计
• 5.2.1 Keil C51开发环境简介
• 5.2.2 下位机程序总体设计
• 5.2.3 下位机应用程序模块设计
• 5.3 上位机应用程序设计
• 5.3.1 Embedded Visual C++开发工具简介
• 5.3.2 上位机程序总体设计
• 5.3.3 上位机应用程序模块设计
• 5.3.4 上位机程序随系统启动自动运行
• 6 COD测量仪性能测试
• 6.1 使用电化学传感器单元等效电路进行精度测试
• 6.1.1 三电极电化学传感器单元等效电路模型
• 6.1.2 电路仿真测试
• 6.1.3 仪器的精度测试
• 6.2 本仪器与电化学工作站测量结果比较
• 结论
• 参考文献
• 附录A 几种恒电位控制电路
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢