多参数水质分析仪

        20世纪60年代以来，人类就开始认识到水资源短缺、水体污染以及由此带来的一系列问题，水处理工业也作为一个新兴的行业得到了长足的发展。本论文从分析仪器智能化设计的全新理念出发，以嵌入式微控制器为核心，结合水质分析传感器技术，研制开发了智能化的多参数水质在线分析系统，为水工业的节能降耗、保证水质达标提供了一种合理有效的解决方案。系统在结构上分为下位机和上位机两个部分。下位机为独立的自动测试系统；上位机为运行于WINDOWS平台的数据采集和处理程序，能对下位机上发的各个参数数据进行进一步的分析转换、图线显示、数据存储转移和打印等。
系统电路设计基于高性价比的新型混合信号微控制器C8051F021,利用集成的12位模数转换子系统进行温度、毫伏、pH值和电导率四个通道的分时独立数据采集，利用控制器内部的带隙基准源提供测量电路所需的参考电压；信号放大电路中广泛采用集成差分运算放大器AD620，简化了硬件电路结构，获得了较高的共模抑制比，有效提高了测量精度；系统的人机接口电路由分辨率为128×64的液晶显示器和六向独立按键构成，人机界面友好；下位机系统与上位机的通信通过USB方式进行，实现了即插即用；上位机程序设计采用Delphi7.0为开发环境，采用微软公司的Access2000构建了后台数据库；下位机程序设计采用模块化方式，包括：功能模块的驱动程序设计、各水质参数的测量程序设计以及下位机人机界面的设计；数据算法中通过冒泡法和莱特准则进行数字滤波，建立了不同测量参数的数学模型。
    相比于以往的水质分析仪器，本系统具有以下优点：
1.  多参数测量分析。实现了水样的温度、pH值、氧化还原电位、电导率、溶解性总固体（TDS）和盐度的在线测量分析。
2. 稳定的测量电路。混合信号微控制器C8051F021的选用使得由于漂移、增益变化和干扰等因素所引起的误差可以通过程序软件消除，而大量高集成度集成电路的使用进一步简化了硬件电路。
3. 功能完善的上位机数据处理程序。
4. 实现了水质的在线分析，可与工业用水的过程控制设备连接。
5. USB通信方式，即插即用。
6.有较高的测量精度、相对低廉的成本。从试验结果来看：温度参数的测量范围为0℃--100 ℃，相对偏差4.26%，单一量多次测量时相对平均偏差不大于1.90%；氧化还原电位的测量范围为-850 mv -- +850mv，测量误差的值的zui大值为2.00mv，单一量多次测量时平均偏差不大于0.8 mv；pH值测量的范围为0-14，误差的值的zui大值为0.06，单一量多次测量时相对平均偏差在0.44%以内；电导率测量的范围为1 —20000，测量误差的值的zui大值为346.28，单一量多次测量时相对平均偏差在2.4%以内；溶解性总固体（TDS）的测量范围为0ppm—20000ppm，测量误差满足<3% FS；盐度的测量为现对盐度值，范围为0.01-42.00，测量误差满足<3% FS。
    本论文中关于多参数水质在线分析系统的理论设计和实验验证，为电化学类智能分析仪器的开发提供了参考。设计的水质分析系统可以就水质一般的物理、化学指标进行在线的测量分析，能够在一定程度上满足人们对水质参数测量评估的要求，为生产和生活用水的水质评估提供了一种有效和便利的解决方案，具有一定的现实意义。