水质污染COD检测系统的软硬件设计分析,机械工程硕士论文.docx
水质污染水质污染 COD 检测系统的软硬件设计分析检测系统的软硬件设计分析,机械工程硕士论文机械工程硕士论文在城市建设高速发展、资源开发力度增大的同时，我们国家水污染状况也随之加重。水质污染程度的轻重，通常以化学需氧量(COD)作为综合评价指标，而当前传统的 COD 检测方式方法受各种缺陷的限制，已无法知足我们国家水质监测工作的要求。本文通过比照不同 COD 检测法及检测仪器的优缺点，提出一种基于嵌入式技术，结合电化学快速检测法的 COD 检测系统，实现了水质 COD 数据、温湿度数据快速自动检测，及数据管理的功能。本文主要完成 COD 检测系统硬件和软件的设计与实现，主要工作内容包括：1结合背景提出方案。分析当前国内外 COD 检测仪发展现在状况后，根据当下存在的问题及将来发展趋势，提出基于嵌入式技术，结合电化学快速检测法的便携式 COD 快速检测系统，并根据功能需求设计了系统总体方案。2系统硬件设计。硬件架构以 STM32F4 芯片为核心，对主要功能模块进行控制及数据处理。将水样采集模块、恒电位检测模块、温湿度检测模块、LCD 显示屏模块、GPRS 和Wi-Fi 通讯模块与主控芯片进行连接，并完成电路设计，实现 COD 快速检测系统硬件平台的搭建。3系统软件设计。系统下位机软件包括系统主程序，和系统初始化、RTC 时钟、COD 数据采集、温湿度数据采集、通讯传输等子程序；上位机系统采用基于 B/S 三层架构，结合 My SQL 数据库的 Web 端数据管理系统，实现用户远程登录、查看检测数据、控制和管理等功能。4系统测试与分析。使用该系统装置对 3 组已经知道浓度的标准溶液进行 COD 值检测，结果表示清楚 COD 浓度越高时检测误差越小，最大误差不超过-4%，精度高于国标GB11914-89 规定的标准检测法。结论：基于 STM32 的 COD 检测系统，具有精度高、速度快、无二次污染等特点，知足水质 COD 值自动检测的设计要求，能够替代进口设备，以降低检测成本、提高检测效率。本文关键词语：化学需氧量；COD；STM32；电化学；实时检测。AbstractWith the rapid development of urban construction andincreased resource development,my country s water pollutionsituation has also increased.The degree ofwater pollution isusually based on chemical oxygen demand(COD)as acomprehensive evaluation index.At present,the traditionalCOD detection methods are limited byvarious defects and canno longer meet the requirements of my country s water qualitymonitoring work.By comparing the advantages anddisadvantages of different CODdetection methods anddetection instruments,this paper proposes a COD detectionsystem based on embedded technology and combined withelectrochemical rapid detectionmethod,which realizes therapid automatic detection of water quality COD data,temperature and humidity data,and data management.Thisarticle mainly completes thedesign and implementation of theCOD detection system hardware and software.The main workincludes:(1)Propose a plan based on the background.After analyzingthe current development status of COD detectors at home andabroad,according to the currentproblems and futuredevelopment trends,a portable COD rapid detection systembased on embedded technology and combined withelectrochemical rapid detection method isproposed,and theoverall system plan is designed according to functionalrequirements.(2)System hardware design.The hardware architecture takesthe STM32F4 chip as the core,and controls and processes themain functional modules.Connect the watersample collectionmodule,potentiostatic detection module,temperature andhumidity detection module,LCD display module,GPRS andWi-Fi communication module to themain control chip,andcomplete the circuit design to realize the construction of theCOD rapid detection system hardware platform.(3)System software design.The software of the lowercomputer of the system includes the main program of thesystem,and the subprograms of system initialization,RTC clock,COD data collection,temperature and humidity data collection,communication transmission,etc.;the upper computer systemadopts the B/S three-tierarchitecture,combined with the MySQL database Web-side data The management system realizesthe functions of user remote login,viewing test data,controland management.(4)System testing and analysis.The system device is used todetect the COD value of 3 sets of standard solutions withknown concentration.The results show that the higherthe CODconcentration,the smaller the detection error,the maximumerror does not exceed-4%,and the accuracy is higher than thestandard detection method specified in the national standardGB11914-89.Conclusion:The COD detection system based on STM32 has thecharacteristics of high precision,fast speed,and no secondarypollution.It meets the design requirements of automaticdetection of water quality COD value,and can replace importedequipment to reduce the detection cost and improve thedetection efficiency.Keywords:Chemical oxygen demand,Real-time detection,Electrochemistry,STM32。文章为硕士论文，如需全文请点击底部下载全文链接】1.2、研究现在状况与趋势分析1.2.1、COD 检测仪器国内外研究现在状况1.2.2、当前存在的问题.1.2.3、将来趋势分析.1.3、课题主要研究内容第二章 COD 检测系统总体方案设计.2.1、系统功能分析及总体方案设计2.1.1、系统功能分析.2.1.2、总体方案设计.2.2、COD 检测模块方案设计.2.2.1、检测方式方法选择.2.2.2、检测方案设计.2.3、各模块方案设计2.3.1、水样采集模块2.3.2、通讯模块2.3.3、电源模块.2.4、检测模块构造设计.2.5、工作流程设计2.6、本章小结第三章 COD 检测系统硬件设计3.1、STM32 硬件系统整体设计3.1.1、硬件系统整体架构.3.1.2、STM32 主控制芯片选择3.2、检测模块电路设计3.2.1、电路分析3.2.2、D/A 转换电路.3.2.3、恒电位仪电路.3.2.4、I/V 转换电路.3.3、水样采集及传感器电路设计.3.3.1、电机驱动器电.3.3.2、重量传感器电路3.3.3、温湿度传感器电.3.4、LCD 显示模块电路.3.5、通讯模块电路设计3.5.1、Wi-Fi 模块电路:3.5.2、GPRS 模块电路.3.5.3、sim 卡电路3.6、电源电路设计3.7、本章小结第四章 COD 检测系统软件设计.4.1、开发环境及系统构成4.1.1、软件系统整体架.4.1.2、STM32 系统主程序4.2、下位机各模块子程序设计4.2.1、系统初始化子程序.4.2.2、RIC 系统子程序4.2.3、00D 数据采集子程序4.2.4、温湿度数据采集子程序.4.2.5、GPRS 模块子程序4.2.6、Wi-Fi 模块子程序4.3、上位机系统程序设计4.3.1、C0D 检测系统上位机软件架构4.3.2、系统开发环境及工具的选择.4.3.3、系统主要模块程4.3.4、数据库表设计.4.4、本章小结第五章 系统运行测试.5.1、COD 检测实验方案5.2、硬件性能测试5.3、水质 COD 检测测试5.4、本章小结第六章 总 结。当下水质 COD 检测仪价格高、维护难、便携性差、易造成污染，难以广泛推广。本文针对以上问题设计了一种基于STM32F4 的水质 COD 快速检测系统，采用基于电化学氧化法的三电极恒电位方案作为 COD 值检测方式方法，与传统COD 检测方式方法相比不仅检测速度更快、绿色清洁且将其与太阳能供电方式结合，实现户外携带的功能，解决了传统COD 检测装置检测慢、易造成二次污染且不能用于偏僻落后水源地的问题。本文完成的主要工作如下：1分析课题背景及研究价值：对当今世界水资源现在状况、水质检测技术以及水质检测仪器的发展情况进行了研究，并综合分析了 COD 检测仪存在的问题与将来趋势。2 确定了系统整体方案：分析各模块功能需求，提出 COD快速检测系统的总体设计方案。选择羟基自由基 OH电化学氧化法为检测方式方法，以嵌入式芯片为主控制器，同时利用太阳能充电板和锂电池为系统电源。对各个主要功能模块进行方案设计，完成水样采集方案设计、通讯方式设计和检测装置的构造设计，并设计系统工作流程。3 系统硬件设计：以 STM32F407ZGT6 为系统的主控制芯片，并添加了包括 TFT-LCD 模块、GPRS 模块、Wi-Fi 模块和以太网模块、温湿度传感器模块等主要外围功能模块，根据各硬件模块的原理和使用方式方法，设计了各模块与 MCU硬件接口电路原理图，完成了硬件平台的搭建。4系统软件设计：根据工作流程，设计了软件系统整体架构。分析了各模块工作的流程，完成系统主程序、初始化子程序、RTC 时钟系统子程序、DHT11 温湿度采集子程序、COD 数据采集子程序、GU900 和 ESP8266 模块通讯子程序及上位机程序流程图的设计。实现了 COD 快速检测系统水样自动采集、COD 值自动检测、温湿度自动检测、远程通讯及数据管理等功能。5对系统进行测试：对该水质 COD 检测系统的系统硬件性能，及检测精度进行了测试。经历体验证表示清楚该系统工作正常、实时性强，且精度高于国标 GB11914-89 规定的标准检测法，能够知足用户在户外使用时对水质 COD 浓度进行实时检测的要求。以下为参考文献
