基于虚拟仪器的远程控制砷-氟离子自动检测系统

自动化测试技术计算机测量与控制．２０１４．２２（８）ＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ·２３４３·收稿日期：２０１４－０３－１１；修回日期：２０１４－０５－０８。基金项目：国家自然科学基金项目（６１２７２０２５）。作者简介：孙亚运（１９９０－），男，安徽含山人，硕士研究生，主要从事模式识别和智能信息处理方向的研究。张德祥（１９６８－），男，安徽六安人，教授，主要从事模式识别和智能仪器方向的研究。文章编号：１６７１－４５９８（２０１４）０８－２３４３－０３中图分类号：ＴＰ２７２文献标识码：Ａ基于虚拟仪器的远程控制砷／氟离子自动检测系统孙亚运，张德祥，沙文（安徽大学电气工程与自动化学院，合肥２３０６０１）摘要：叙述了一种基于虚拟仪器的远程控制砷、氟离子自动检测系统设计，主要介绍了仪器的整体技术路线、液体自动进样、采集电路、控制软件以及信号处理；当待测水环境中的砷、氟含量发生变化时，仪器通过三电极方法全自动的检测出电流变化，然后通过基于小波分析的信号去噪分析方法和峰面积计算方法计算出相应的离子浓度；实验结果表明，氟含量检测指标为最小分辨为０．２ｐｐｍ，检测范围是０．２～５０ｐｐｍ；砷含量检测指标为最小分辨为０．１ｐｐｂ，检测范围是１～５００ｐｐｂ；检测系统能够实现无人值守和远程无线控制，使饮用水中有害离子的现场实时快速监测成为可能。关键词：信号处理；无线通信；数据采集；仪器仪表Ａｒｓｅｎｉｃ／ＦｌｕｏｒｉｄｅＩｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙＤｅｔｅｃｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＶｉｒｔｕａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｕｎＹａｙｕｎ，ＺｈａｎｇＤｅｘｉａｎｇ，ＳｈａＷｅｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０６０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎａｐｐｒｏａｃｈｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌａｒｓｅｎｉｃｆｌｕｏｒｉｄｅｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＬａｂｖｉｅｗｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｕｔｅ，ｌｉｑｕｉｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｕｔｏｍａｔｉｃｓａｍｐｌｉｎｇ，ｓａｍｐｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄａｒｓｅｎｉｃ，ｆｌｕｏｒｉｄｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｃｈａｎｇｅｓ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｎｇｅｓ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｎｏｉｓｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｐｅａｋｓｉｇｎａｌｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓａｒｅａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｉｏｎｃｏｎｃｅｎ－ｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｉｎｄｅｘｏｆｆｌｕｏｒｉｎｅｃｏｎｔｅｎｔｍｉｎｉｍｕｍｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓ０．２ｐｐｍ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒａｎｇｅｉｓ０．２～５０ｐｐｍ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘｆｏｒａｒｓｅｎｉｃｍｉｎｉｍｕｍｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓ０．１ｐｐｂ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒａｎｇｅｉｓ１～５００ｐｐｂ．Ｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓｐｏｓｓｉ－ｂｌｅｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｈａｒｍｆｕｌｉｏｎｓｉｎｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｏｎ－ｓｉｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ０引言近年来，我国的在环境保护方面虽然取得了一定的进展，但环境污染形势严峻的状况尚未得到根本扭转［１］。长期严重的水污染影响着水资源利用、水生态系统的完整性以及人们的身心健康。水污染问题已经对我国经济社会的可持续发展产生重大负面影响。因此，实时在线监测饮用水中重金属元素的浓度，对人类生产生活具有及其重要的意义［２］。目前常见的用于检测重金属的方法有原子光谱、质谱分析、紫外－可见分光光度、化学发光和电化学分析等［３－４］。水中重金属离子的检测多数使用离线检测，这种测试方式的缺点是样品在采集、运输、检测等过程中受到的污染较为严重，因而影响到了测试结果的准确性，而且整个测试的周期很长［５］。因此，实地检