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污水中氨氮在线检测方法关键技术的研究

作　者: 刘纪民
导　师: 张思祥
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 嵌入式 Smart ARM 2200 氨氮 氨气敏电极 μClinux MiniGUI
分类号: X832
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,随着公民环保意识的增强,对水污染的认识越来越深刻,而作为水质评价指标之一的氨氮值也就越来越受到重视。但是在目前的国内高端市场上仍然是国外的氨氮在线检测系统处于主导地位。因此,开发一种新式的,功能稳定,价格便宜的氨氮在线检测系统,从而改变国内氨氮检测系统的从属地位显得尤为重要。本文通过对目前普遍采用的氨氮检测原理及方法的综合对比,最终选定了比较流行和最具潜力的氨气敏电极法作为氨氮在线检测的方法。整个系统通过氨气敏电极采集到因为氨氮的浓度而改变的电极的电势差,并通过温度传感器测得检测时的温度,运用能斯特方程式来计算出污水中氨氮的值。系统通过I/O口控制电机来控制电极的动作,使电极在检测过程中通过搅动使污水中的氨氮充分的反应,并在检测完成后同样使用搅动的方式达到在清水中对电极的充分洗涤的目的。本文基本上实现了污水中氨氮在线检测的目的。污水中氨氮在线检测方法关键技术的研究主要是探究嵌入式技术在氨氮在线检测中的应用,并得到最好的解决方案。本文主要是通过对Smart ARM 2200的学习和应用,使用嵌入式操作系统——μClinux完成对氨气敏电极信号和温度信号的采集和处理,以及对GPIO的操作。本文中主要完成了对电极信号的处理、电机的控制、开发环境平台的搭建、内核的编译移植以及界面系统的应用。并在界面系统MiniGUI下实现了数据采集、数据处理、数据显示和人机交互操作。本文主要是嵌入式技术在氨氮在线检测以及水质检测中的一种探究,为嵌入式在水质检测中的应用给出了一种初步方案,为进一步改善我国在水质检测中的从属地位打下了基础。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-12
  §1-1 课题提出的背景  9
  §1-2 氨氮在线检测仪的现状  9-10
  §1-3 基于嵌入式系统的氨氮在线检测技术  10-11
  §1-4 本论文研究的主要内容  11-12
第二章 污水中氨氮检测的原理  12-17
  §2-1 氨氮检测方法的介绍和比较  12-13
  §2-2 电极法的氨氮检测原理  13-15
    2-2-1 气敏电极的发展  13
    2-2-2 氨离子选择性电极的结构和工作原理  13-15
  §2-3 所选氨气敏电极的介绍  15
  §2-4 本章小结  15-17
第三章 氨氮在线检测系统的硬件平台  17-26
  §3-1 氨氮在线检测系统的硬件整体方案  17-18
  §3.2 Smart ARM 2200 介绍和功能实现  18-21
    3-2-1 Samrt ARM 2200 介绍  18-19
    3-2-2 检测系统的电源介绍及按键键盘  19-20
    3-2-3 RS-232 串口和JTAG接口  20
    3-2-4 检测系统的液晶显示  20-21
  §3-3 氨氮检测系统的控制环节  21-22
  §3-4 氨气敏电极系统的温度采集和电机控制电路  22-23
    3-4-1 氨气敏电极系统的温度采集电路  22-23
    3-4-2 氨气敏电极系统的电机控制电路  23
  §3-5 氨气敏电极信号采集及处理电路  23-24
  §3-6 本章小结  24-26
第四章 氨氮在线检测系统的软件开发平台  26-35
  §4-1 氨氮在线检测系统的软件开发工具的介绍  26-27
  §4-2 氨氮在线检测系统的软件开发系统选择  27-30
    4-2-1 嵌入式操作系统的选择  27-28
    4-2-2 图形用户界面系统比较及选择  28-30
  §4-3 μClinux的操作系统的体系结构  30-31
  §4-4 氨氮在线检测系统软件开发平台的搭建  31-33
    4-4-1 开发环境的总述  31-32
    4-4-2 虚拟的Linux的安装及设置  32
    4-4-3 互传软件SSH 设置  32-33
  §4-5 本章小结  33-35
第五章 氨氮在线检测系统关键技术的解决  35-56
  §5-1 引导加载程序Bootloader  35-36
  §5-2 氨氮在线检测系统的内核的配置与移植  36-39
    5-2-1 对氨氮在线检测系统内核的编译环境的配置  36-37
    5-2-2 对氨氮在线检测系统内核的移植环境的配置  37
    5-2-3 对氨氮在线检测系统内核配置  37-39
  §5-3 氨氮在线检测系统的硬件驱动程序的实现和加载  39-45
    5-3-1 硬件设备驱动程序的原理  39-40
    5-3-2 硬件系统A/D驱动程序的编写  40-43
    5-3-3 硬件系统GPIO和I2C驱动的编写  43-44
    5-3-4 硬件驱动程序的交叉编译和动态加载  44-45
  §5-4 氨氮在线检测的界面编程  45-48
    5-4-1 MiniGUI的环境配置与编译  45-46
    5-4-2 氨氮在线检测的界面编程实现  46-48
  §5-5 氨氮在线检测的界面系统下的软件实现  48-54
    5-5-1 氨氮在线检测系统的操作界面系统的实现  48-51
    5-5-2 氨氮在线检测的界面系统的键盘操作实现  51
    5-5-3 氨氮电极信号的A/D采集实现以及运算  51-53
    5-5-4 电极操作和电磁阀控制的实现  53-54
  §5-6 氨氮在线操作系统的测量实现  54-55
    5-6-1 氨氮在线检测系统的程序的编译与移植  54
    5-6-2 氨氮在线检测系统的程序的调试运行  54-55
  §5-7 本章小结  55-56
第六章 结论  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
攻读学位期间所取得的相关科研成果  61

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境监测 > 水质监测
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