一種便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水質(zhì)檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水是人類生存最基本的條件，獲得安全飲用水是人類的基本需求，事關(guān)人們的身心健康和正常生活。據(jù)世界衛(wèi)生組織的資料統(tǒng)計(jì)，在發(fā)展中國家，80%的疾病是由不安全的水和惡劣的衛(wèi)生條件造成的。若水中含有有害細(xì)茵，如傷寒、霍亂、痢疾等病菌時(shí)，便會傳播各種傳染病。若水中存在大量浮游生物，如原生動物、藻類等，會影響水的物理性質(zhì)，并產(chǎn)生臭味和水色。當(dāng)水中含有某些礦鹽雜質(zhì)，也會引起各種病癥，如飲用水中含氟過多，會使牙齒產(chǎn)生斑紋，從而引起“斑齒病，嚴(yán)重者可使牙齒完全潰壞。至于日常生活排出的污水，也會傳播疾病。因此，測定水質(zhì)是否符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)是保證人民健康和國家建設(shè)的重要任務(wù)。
[0003]針對自然災(zāi)害與突發(fā)事件對水質(zhì)產(chǎn)生的影響，通常需要對現(xiàn)場水質(zhì)進(jìn)行快速檢測，確保人們用水安全。目前，檢測水質(zhì)主要采用實(shí)驗(yàn)室法和大型儀器分析法。實(shí)驗(yàn)室檢測水質(zhì)需到現(xiàn)場取樣，往往耗時(shí)多，不能及時(shí)公布水質(zhì)的檢測結(jié)果;大型儀器購買成本高、體積大，不易攜帶至現(xiàn)場快速檢測水質(zhì)。因此，研發(fā)一款小型的便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備，該檢測設(shè)備體積小、便于攜帶、成本低，檢測準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性好，采用了大容量的鋰電池提高了檢測設(shè)備的續(xù)航能力。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備，包括外殼以及裝在外殼內(nèi)部的檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)包括電源模塊、人機(jī)交互界面模塊、單片機(jī)模塊、串口通信模塊、LED陣列控制模塊和光/頻率轉(zhuǎn)換模塊;所述單片機(jī)模塊分別與人機(jī)交互界面模塊、LED陣列控制模塊和光/頻率轉(zhuǎn)換模塊控制連接，單片機(jī)模塊可通過串口通信模塊與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)功能模塊提供相適配的電壓，所述LED陣列控制模塊由若干個(gè)LED燈和各自的分壓電阻線路并聯(lián)組成，LED陣列控制模塊由人機(jī)交互界面模塊中的人機(jī)交互界面控制開關(guān)，所述光/頻率轉(zhuǎn)換模塊用于感應(yīng)LED陣列控制模塊經(jīng)樣品池后的光信號，并將感應(yīng)的光信號轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的頻率信號，所述光/頻率轉(zhuǎn)換模塊感應(yīng)和轉(zhuǎn)換的頻率信號經(jīng)過整形后傳送至單片機(jī)模塊進(jìn)行處理，單片機(jī)模塊將處理后的信號反饋到人機(jī)交互界面模塊進(jìn)行顯示。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述光/頻率轉(zhuǎn)換模塊包括型號為TSL238的光/頻率轉(zhuǎn)換器和用于分頻和整形的D觸發(fā)器;TSL238的光/頻率轉(zhuǎn)換器輸出端與D觸發(fā)器的輸入端連接。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述單片機(jī)模塊采用型號為STM32F103的芯片。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述電源模塊包括12V鋰電池、12V轉(zhuǎn)5V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、5V轉(zhuǎn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路；12V鋰電池經(jīng)12V轉(zhuǎn)5V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路、5V轉(zhuǎn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路輸出3.3V為單片機(jī)模塊、LED陣列控制模塊和光/頻率轉(zhuǎn)換模塊供電；12V鋰電池經(jīng)12V轉(zhuǎn)5V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路輸出5V為機(jī)交互界面模塊、串口通信模塊供電；5V轉(zhuǎn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路采用型號為MP2303的芯片，5V轉(zhuǎn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路采用型號為AM1117-3.3芯片。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述串口通信模塊由USB接口電路構(gòu)成，采用型號為CH340G接口芯片組成，用于單片機(jī)模塊與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[ΟΟ?Ο]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述LED陣列控制模塊采用波長為λ = 5 20nm與入=640nm波長的LED燈。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述外殼的長、寬、高分別為25Cm、25Cm、30Cm。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述的人機(jī)交互界面模塊為水質(zhì)檢測軟件系統(tǒng)的觸摸顯示屏。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述檢測系統(tǒng)還包括無線數(shù)據(jù)通信模塊，該檢測系統(tǒng)可通過無線數(shù)據(jù)通信模塊與智能手機(jī)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備的檢測方法，該檢測方法操作簡單、能結(jié)合便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備準(zhǔn)確、快速的測量出待測水質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)果。
[0015]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種應(yīng)用便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備的檢測方法，包括以下步驟:
[0016]I)在現(xiàn)場進(jìn)行有效水質(zhì)取樣，放入樣品池中，并確保水樣不受污染；
[0017]2)啟動便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備；
[0018]3)在設(shè)備的人機(jī)交互界面調(diào)試并設(shè)置水質(zhì)檢測參數(shù)，包括檢測項(xiàng)目，取樣體積，總體積，待測液體積，定容體積的設(shè)定；
[0019]4)對樣品池中的水樣進(jìn)行未處理前的空白測量；
[0020]5)對樣品池中的水樣添加相應(yīng)的試劑顯色后，進(jìn)行樣品測量；
[0021]6)單片機(jī)模塊將步驟4)和步驟5)中測量數(shù)值進(jìn)行相減運(yùn)算，并根據(jù)擬合的濃度的吸光度曲線，計(jì)算出對應(yīng)的濃度值；
[0022 ] 7)通過串口通信電路將濃度值發(fā)送到人機(jī)交互界面模塊，顯示出測量數(shù)據(jù)。
[0023]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明的便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備通過觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的顯示及控制，主要利用高靈敏度光-頻率轉(zhuǎn)感器，測量特定波長的光透射水質(zhì)樣品后光的強(qiáng)度，計(jì)算出水質(zhì)樣品的吸光度，從而計(jì)算該物質(zhì)在水中的含量;同時(shí)該發(fā)明兼顧了設(shè)備便攜性(體積小)及大容量鋰電池供電(續(xù)航時(shí)間長)的方式，從而達(dá)到野外使用要求。檢測方法主要分為兩步，首先對樣品進(jìn)行沒有處理過的空白測量，再對進(jìn)行化學(xué)處理后的水樣進(jìn)行測試;將兩次測出來的值進(jìn)行相減，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬合的一個(gè)濃度的吸光度曲線，算出對應(yīng)的濃度值，將濃度值發(fā)送到觸摸屏進(jìn)行顯示。本發(fā)明對自然災(zāi)害與突發(fā)事件對水質(zhì)的影響，能夠迅速到達(dá)現(xiàn)場對水質(zhì)進(jìn)行快速檢測，及時(shí)獲得檢測結(jié)果，確保人們用水安全。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明原理框圖；
[0025]圖2是本發(fā)明光/頻率轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖；
[0026]圖3是本發(fā)明12V轉(zhuǎn)5V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路的電路原理圖；
[0027]圖4是本發(fā)明5V轉(zhuǎn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓電路的電路原理圖；
[0028]圖5是USB接口電路的電路原理圖；
[0029]圖6是LED陣列控制模塊的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明是一種便攜式水質(zhì)快速檢測設(shè)備，包括外殼以及裝在外殼內(nèi)部的檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)包括電源模塊、人機(jī)交互界面模塊、單片機(jī)模塊、串口通信模塊、LED陣列控制模塊和光/頻率轉(zhuǎn)換模塊;所述單片機(jī)模塊分別與人機(jī)交互界面模塊、LED陣列控制模塊和光/頻率轉(zhuǎn)換模塊控制連接，單片機(jī)模塊可通過串口通信模塊與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)功能模塊提供相適配的電壓，所述LED陣列控制模塊由若干個(gè)LED燈和各自的分壓電阻線路并聯(lián)組成，LED陣列控制模塊由人機(jī)交互界面模塊中的人機(jī)交互界面控制開關(guān)，所述光/頻率轉(zhuǎn)換模塊用于感應(yīng)LED陣列控制模塊經(jīng)樣品池后的光信號，并將感應(yīng)的光信號轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的頻率信號，所述光/頻率轉(zhuǎn)換模塊感應(yīng)和轉(zhuǎn)換的頻率信號經(jīng)過整形后傳送至單片機(jī)模塊進(jìn)行處理，單片機(jī)模塊將處理后的信號反饋到人機(jī)交互界面模塊進(jìn)行顯示;所述單片機(jī)模塊采用型號為STM32F103的芯片;相比傳統(tǒng)主控采用的是NXP的LPC2136的是基于ARM7內(nèi)核的芯片，CPU CLOCK最多只能到60MHz，且其功耗較高。改進(jìn)后采用的基于Cortex-M3的STM32F103系列的芯片，其時(shí)鐘最高可達(dá)72MHz，外設(shè)功能更加豐富，擁有更多的低功耗模式，以增加設(shè)備的續(xù)航能力。所述檢測系統(tǒng)還包括無線數(shù)據(jù)通信模塊，該檢測系統(tǒng)可通過無線數(shù)據(jù)通信模塊與智能手機(jī)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;所示無線數(shù)據(jù)通信模塊為一個(gè)藍(lán)牙模塊，同時(shí)在智能手機(jī)終端上開發(fā)相應(yīng)的APP，從而使得在電池電量低的情況下，改用藍(lán)牙連接，達(dá)到降低功耗，延長產(chǎn)品續(xù)航時(shí)間的目的。
[0032]如圖2所示，所述光/頻率轉(zhuǎn)換模塊包括型號為TSL238的光/頻率轉(zhuǎn)換器和用于分頻和整形的D觸發(fā)器;TSL238的光/頻率轉(zhuǎn)換器輸出端與D觸發(fā)器的輸入端連接;TSL238測量LED陣列打過來的光的強(qiáng)度，當(dāng)其感