本發(fā)明屬于自動(dòng)檢測(cè)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

重金屬指比重大于5的金屬,（一般指密度大于4.5克每立方厘米的金屬）約有45種,如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等.盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活動(dòng)所需要的微量元素,但是大部分重金屬如汞、鉛、鎘等并非生命活動(dòng)所必須,而且所有重金屬超過(guò)一定濃度都對(duì)人體有毒。

如汞中毒的臨床表現(xiàn)有,全身癥狀為頭痛、頭昏、乏力、發(fā)熱.口腔及消化道癥狀表現(xiàn)為齒齦紅腫酸痛、糜爛出血、牙齒松動(dòng)、齦槽溢膿,口腔有臭味,并有惡心、嘔吐、食欲不振、腹痛、腹瀉.皮膚接觸可出現(xiàn)紅色斑丘疹,以四肢及頭面部分布較多。少數(shù)患者可有腎損害,個(gè)別嚴(yán)重者可有咳嗽、胸痛、呼吸困難、紺紫等急性間質(zhì)性肺炎的表現(xiàn)。

農(nóng)用土壤是受人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈影響的一類(lèi)特殊土壤，其環(huán)境質(zhì)量與人們的身體健康密切相關(guān)。土壤污染源主要來(lái)自工業(yè)“三廢”和農(nóng)藥、化肥的大量使用，污染物可通過(guò)灌溉水進(jìn)人土壤，也可通過(guò)大氣污染、空中的顆粒物(含重金屬和致癌物質(zhì)等)干濕沉降造成土壤污染，隨著時(shí)間的推移，農(nóng)田表層土壤鉛、銅、鋅、汞等重金屬含量有增加的趨勢(shì)。由于農(nóng)作物的吸收作用，重金屬元素從土壤中遷移轉(zhuǎn)化到農(nóng)作物根莖葉及果實(shí)中去，從而連帶造成農(nóng)作物的重金屬污染，危及人們的健康水平。因此，如何快速而又簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)基地土壤重金屬含量的在線(xiàn)測(cè)量成為了一個(gè)至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)背景技術(shù)的不足提供了一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端以及分別與其連接的多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含離子濃度檢測(cè)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、按鍵輸入模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、電源模塊，所述離子濃度檢測(cè)模塊一次經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器放大電路模塊連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述按鍵輸入模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、電源模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及分別與其連接的射頻收發(fā)器、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警模塊；所述電源模塊包含家用電源模塊、光伏電源模塊、交流適配器、蓄電池，所述家用電源模塊通過(guò)交流適配器連接蓄電池，所述光伏電源模塊通過(guò)蓄電池連接數(shù)據(jù)處理模塊；所述放大電路包含第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第一二極管、第一三極管、第二三極管、第三三極管；所述第一電阻為變阻器，所述第一電阻的滑動(dòng)端連接第一電容的一端，所述第一電容的另一端分別連接第二電阻的一端、第三電容的一端，第三電阻的一端、第一三極管的基極，所述第三電阻的另一端接地，所述第一三極管的發(fā)射極分別連接第五電阻的一端、第四電容的一端，所述第五電阻的另一端、第四電容的另一端均接地；所述第一三極管的集電極分別連接第三電容的另一端、第四電阻的一端、第二三極管的基極；所述第二三極管的發(fā)射極連接第五電容的一端，所述第五電容的另一端接地；所述第二三極管的集電極分別連接第二電阻的另一端、第二電容的一端、第六電容的一端、第三三極管的發(fā)射極；所述第二電容的另一端分別連接第六電阻的一端、第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端分別連接第三三極管的集電極、第七電容的一端，所述第七電容的另一端接地；所述第六電阻的另一端分別連接第一二極管的陽(yáng)極、第三三極管的基極；所述第一二極管的陰極連接第四電阻的另一端。

作為本發(fā)明一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊采用芯片型號(hào)為SPCE061A的微處理器。

作為本發(fā)明一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述離子濃度檢測(cè)單元采用電化學(xué)傳感器。

作為本發(fā)明一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述無(wú)線(xiàn)通信模塊包含單片機(jī)以及與其連接的射頻發(fā)射器。

作為本發(fā)明一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述顯示單元采用LCD顯示屏。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)路實(shí)時(shí)采集土壤的各項(xiàng)參數(shù)，其具有價(jià)格低廉、體積小、組網(wǎng)方便、靈活等特點(diǎn)，將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)引入工業(yè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分發(fā)揮無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)給社區(qū)居民提供方便；

2、能夠利用電勢(shì)測(cè)定法的電化學(xué)響應(yīng)性能，并結(jié)合一元線(xiàn)性回歸建立電極電勢(shì)與離子濃度的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤重金屬離子濃度的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)；簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且能夠自動(dòng)測(cè)量物體的寬和高，節(jié)省了人力；

3、本發(fā)明能夠利用電勢(shì)測(cè)定法的電化學(xué)響應(yīng)性能，并結(jié)合一元線(xiàn)性回歸建立電極電勢(shì)

離子濃度的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子濃度的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)；

4、本發(fā)明采用太陽(yáng)能電池和家用220 V電源的雙供電方式，當(dāng)有家用電時(shí)，通過(guò)直流低壓繼電器巧妙斷開(kāi)太陽(yáng)能電池；當(dāng)家用電斷開(kāi)時(shí)，太陽(yáng)能電池充當(dāng)電源，太陽(yáng)能電池通過(guò)太陽(yáng)能智能充電器連接太陽(yáng)能板，充電器在陽(yáng)光充足時(shí)為電池充電，充滿(mǎn)電池時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)充電，在充足太陽(yáng)是充電電流能達(dá)到1A以上，完全滿(mǎn)足電路需要。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集終端放大電路電路圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

一種基于三級(jí)放大電路的土壤汞金屬離子濃度監(jiān)控系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端以及分別與其連接的多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含離子濃度檢測(cè)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、按鍵輸入模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、電源模塊，所述離子濃度檢測(cè)模塊一次經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器放大電路模塊連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述按鍵輸入模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、電源模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及分別與其連接的射頻收發(fā)器、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警模塊；其中，所述離子濃度檢測(cè)模塊用于對(duì)汞離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行采集；所述放大電路模塊用于將模擬電壓信號(hào)進(jìn)行濾波和放大；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理得出汞離子濃度；所述無(wú)線(xiàn)通信模塊用于將獲取的土壤濃度上傳至監(jiān)控終端，所述鍵盤(pán)輸入單元用于輸入設(shè)定正常汞離子濃度閾值，所述監(jiān)控終端的射頻接收器用于接收土壤重金屬離子濃度，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)獲取的重金屬濃度，所述報(bào)警模塊用于當(dāng)采集的離子濃度高于正常閾值時(shí)法警報(bào)警，同時(shí)監(jiān)管人員可以及時(shí)派出人員對(duì)相應(yīng)的土壤進(jìn)行整治，所述電化學(xué)傳感器主要對(duì)離子電極產(chǎn)生的電壓信號(hào)進(jìn)行采集、濾波和放大，使之變換成適合A／D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，并經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)理由溫度傳感器讀取環(huán)境溫度信號(hào)，二者由單片機(jī)讀取并處理后，將經(jīng)溫度補(bǔ)償后的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、傳輸和測(cè)量結(jié)果打印等操作。檢測(cè)儀硬件電路主要由離子電極電壓信號(hào)采集與處理、通信、電源、存儲(chǔ)器和顯示等模塊組成。

所述電源模塊包含家用電源模塊、光伏電源模塊、交流適配器、蓄電池，所述家用電源模塊通過(guò)交流適配器連接蓄電池，所述光伏電源模塊通過(guò)蓄電池連接數(shù)據(jù)處理模塊；如圖1所示，所述放大電路包含第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第一二極管、第一三極管、第二三極管、第三三極管；所述第一電阻為變阻器，所述第一電阻的滑動(dòng)端連接第一電容的一端，所述第一電容的另一端分別連接第二電阻的一端、第三電容的一端，第三電阻的一端、第一三極管的基極，所述第三電阻的另一端接地，所述第一三極管的發(fā)射極分別連接第五電阻的一端、第四電容的一端，所述第五電阻的另一端、第四電容的另一端均接地；所述第一三極管的集電極分別連接第三電容的另一端、第四電阻的一端、第二三極管的基極；所述第二三極管的發(fā)射極連接第五電容的一端，所述第五電容的另一端接地；所述第二三極管的集電極分別連接第二電阻的另一端、第二電容的一端、第六電容的一端、第三三極管的發(fā)射極；所述第二電容的另一端分別連接第六電阻的一端、第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端分別連接第三三極管的集電極、第七電容的一端，所述第七電容的另一端接地；所述第六電阻的另一端分別連接第一二極管的陽(yáng)極、第三三極管的基極；所述第一二極管的陰極連接第四電阻的另一端。

本發(fā)明采用了高性能的微處理器SPCE061A為核心經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力、高實(shí)時(shí)性、通信快速可靠的特點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值；SPCE061A微處理器是凌陽(yáng)科技公司所生產(chǎn)的16位μ'nSPTM微處理器，內(nèi)部采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。主要參數(shù)有：工作電壓(CPU)VDD為2．4～3．6 V，(I／O)VDDH為2．4～5．5 V；時(shí)鐘：0．32～49．152 MHz；內(nèi)置2 KBSRAM和32 KB FLASH；2個(gè)16位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2個(gè)10位DAC(數(shù)／模轉(zhuǎn)換)輸出通道；32位I／O位通用可編程輸入／輸出端口；14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A／B時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；中斷系統(tǒng)支持10個(gè)中斷向量及10余個(gè)中斷源，具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能，內(nèi)置在線(xiàn)仿真電路ICE接口，具有保密能力，具有Watch Dog功能，μ'nSPTM的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位×16位乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了DSP功能。

SPCE061A具有很高的計(jì)算速度，這對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是極為重要的。對(duì)于SPCE061A，傳統(tǒng)的微處理器硬件和軟件的開(kāi)發(fā)已被簡(jiǎn)化，不再需要在線(xiàn)仿真。其SPCE061A大容量FLASH及SRAM，內(nèi)建以太網(wǎng)接口，可直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；具備UART接口，可使各種串行設(shè)備快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。SPCE061A微處理器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)ICE集編程、編譯、鏈接、調(diào)試、下載于一體，并有完善的TCP／IP協(xié)議棧，支持全功能UART通信，配備各種I／O驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)。

一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法。該系統(tǒng)基于離子選擇膜技術(shù)，利用電勢(shì)測(cè)定法研究ISE的電化學(xué)響應(yīng)性能，并結(jié)合一元線(xiàn)性回歸建立電極電勢(shì)與離子濃度的數(shù)學(xué)模型。基于AVR單片機(jī)和運(yùn)放器，設(shè)計(jì)了硬件檢測(cè)電路和檢測(cè)程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子濃度的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)等操作。

離子濃度檢測(cè)單元的原理：離子選擇性電極是一種電勢(shì)型電化學(xué)傳感器，離子選擇性電極的關(guān)鍵部分是離子選擇膜，在離子選擇膜上不會(huì)發(fā)生電子得失，但由于存在離子濃度差異，在離子選擇膜的兩側(cè)表面上會(huì)發(fā)生離子交換，形成濃差膜電勢(shì)。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。

以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。