便携式电化学检测系统的研制

【摘要】：近年来,我国经济发展迅速,但是过度采矿、燃煤排放、超标排污等人类活动造成了严重的环境重金属污染。重金属在动植物体内富集,很难降解,进入食物链后会影响人类的健康,所以发展重金属的快速检测技术意义重大。基于电化学方法的重金属检测具有准确、快速、灵敏的优点,嵌入式系统的强大功能和微小体积使得便携成为可能,因此本文开发了一款便携式电化学检测系统,可以应用于化学分析、环境保护、医学检测、食品卫生等领域。根据检测系统的功能需求及技术指标,本文给出了完善的硬件和软件设计方案。在硬件方面,完成了原理图、PCB板设计,并用示波器、信号发生器等仪器进行调试,最终的硬件是一块10cm*10cm的电路板,满足便携性的需求；在软件方面,编写了嵌入式底层程序和上位机MFC程序,重点讨论了针对电化学信号的各种滤波算法。最后用铁氰化钾溶液进行实际的电化学(CV. SWV和ASV)测试,与CHI仪器结果一致,验证了设计方案的可行性。论文首先论述了当前的重金属污染情况、危害和来源,经过调研各类重金属的检测方法,发现电化学方法在微量重金属检测方面最具优势,并简单叙述了电化学分析仪器在国内外的发展情况。其次,基于电化学法的基本理论,给出了检测系统的整体设计,由硬件和软件两部分组成,硬件主要包括恒电位仪、电源、TMS320F28335最小系统、微电流检测电路等核心模块；软件主要是由DSP底层控制软件和上位机界面软件两部分组成。接着对检测系统的功能进行仿真和实际测试,通过对铁氰化钾溶液进行电化学扫描,验证了系统的稳定性和可用性。最后在本检测系统的基础上,进一步讨论了以LabVIEW为核心的电化学检测系统,并给出改进的硬件设计和软件设计方案。