一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)且能夠自動測量物體的寬和高，節(jié)省了人力；能夠根據(jù)離子濃度檢測單元采集的電壓信號進(jìn)行計算處理得出離子濃度；即根據(jù)能斯特方程得出離子濃度和膜電位的對應(yīng)的關(guān)系進(jìn)而通過檢測電壓信號得出重金屬離子濃度；能夠?qū)崿F(xiàn)對離子濃度的測量、顯示和存儲；本發(fā)明采用給土壤充電流，使土壤里的金屬離子等向電極運(yùn)輸，然后對運(yùn)輸?shù)慕饘匐x子進(jìn)行集中收集處理，進(jìn)而達(dá)到治污的目的。
【專利說明】一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自動檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修 復(fù)系統(tǒng)，屬于自動檢測領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快和人口的持續(xù)增長，鉛、銅、鋅等重金屬污染已成為全 球性的問題。人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動的日益增多，由意外泄露非 法排放等原因引起的突發(fā)性水質(zhì)重金屬污染事故時有發(fā)生。重金屬具有毒性大，在環(huán)境中 不易被代謝，容易被生物富集并有生物放大效應(yīng)等特點(diǎn)，不但會污染水環(huán)境，也會嚴(yán)重威脅 人類和水生物的生存，有效準(zhǔn)確的檢測重金屬濃度尤為重要。
[0003] 農(nóng)用土壤是受人類活動強(qiáng)烈影響的一類特殊土壤，其環(huán)境質(zhì)量與人們的身體健康 密切相關(guān)。土壤污染源主要來自工業(yè)"三廢"和農(nóng)藥、化肥的大量使用，污染物可通過灌溉 水進(jìn)人土壤，也可通過大氣污染、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，隨著時間的推移，農(nóng)田表層土壤鉛、銅、鋅等重金屬含量有增加的趨勢。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，如何快速而又簡便地實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)基地土 壤重金屬含量的在線測量成為了一個至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)問題。
[0004] 例如申請?zhí)枮?201320688736. 3"的一種區(qū)域水環(huán)境重金屬監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 監(jiān)測管理系統(tǒng)和經(jīng)GPRS與之相聯(lián)的多個監(jiān)測終端。監(jiān)測管理系統(tǒng)中心處理器連接數(shù)據(jù)收 發(fā)、數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)庫管理模塊，還連接顯示器/用戶終端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接存儲各 監(jiān)測終端的GPS、GIS以及相關(guān)重金屬濃度的數(shù)據(jù)庫。各監(jiān)測終端的主控模塊包括嵌入式處 理器及時鐘和GPRS子模塊，檢測模塊包括溫度傳感器和重金屬電化學(xué)傳感器陣列。運(yùn)行時 監(jiān)測終端所測水環(huán)境的溫度和重金屬濃度發(fā)送到監(jiān)測管理系統(tǒng)存儲并顯示。數(shù)據(jù)分析處理 模塊將其與標(biāo)準(zhǔn)值和歷史數(shù)據(jù)對比，當(dāng)為污染水質(zhì)或某種重金屬濃度突升則報警。該系統(tǒng) 在檢測精度和方式上有待進(jìn)一步提升。
[0005] 又如申請?zhí)枮?201410291064. 1"的一種二次加樣重金屬離子濃度測試方法，包括 如下步驟：對水樣進(jìn)行預(yù)處理；配制重金屬離子濃度為Cs的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液和電解液；電解 槽中加入體積為VO的電解液，電解槽中加入體積為Vx的水樣，從電流-電壓曲線圖al上 得到對應(yīng)的峰高h(yuǎn)i ;電解液中加入體積為Vx的水樣，從電流-電壓曲線圖a2上得到對應(yīng) 的峰高h(yuǎn)2 ;電解槽中加入體積為Vs的標(biāo)準(zhǔn)樣品，從電流-電壓曲線圖a3上得到對應(yīng)的峰 高h(yuǎn)3 ;重金屬離子濃度采用三點(diǎn)算法計算，得到重金屬離子濃度Cx，并且計算平均誤差。該 發(fā)明解決峰高-濃度曲線不過坐標(biāo)零點(diǎn)的問題，減少峰高-濃度曲線的非線性對測量結(jié)果 的影響。該發(fā)明成本較高，操作復(fù)雜，在檢測方式上有待進(jìn)一步提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種土壤重金屬離子 濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對離子濃度的測量、顯示和存儲，進(jìn)而達(dá)到治污的目 的。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，包含微控制器模塊、離子濃度檢 測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、鍵盤輸入單元、報警單元、電動土壤 修復(fù)裝置，所述離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連接，所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、鍵盤輸入單元、報警單元、電動土壤修復(fù)裝置連接在微控制器模塊 的相應(yīng)端口上，所述微控制器模塊包含計算單元、對比單元和控制單元；
[0009] 離子濃度檢測單元，用于對離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號進(jìn)行采集；
[0010] 電壓放大器單元，用于將模擬電壓信號進(jìn)行濾波和放大；
[0011] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
[0012] 計算單元，用于根據(jù)該數(shù)字信號進(jìn)行計算處理得出離子濃度；
[0013] 顯示單元，用于實(shí)時顯示微控制器模塊計算出的離子濃度；
[0014] 鍵盤輸入單元，用于輸入設(shè)定正常離子濃度閾值；
[0015] 對比單元，用于根據(jù)計算單元計算出的離子濃度與設(shè)定正常離子濃度閾值進(jìn)行對 t匕，若超過正常濃度閾值則發(fā)送信號至控制單元；
[0016] 控制單元，用于根據(jù)對比單元發(fā)送的信號控制報警單元發(fā)出警報，同時啟動電動 土壤修復(fù)裝置。
[0017] 作為本發(fā)明一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所 述微控制器模塊的型號為AVR系列單片機(jī)。
[0018] 作為本發(fā)明一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所 述顯示單元為IXD顯示屏。
[0019] 作為本發(fā)明一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，該 系統(tǒng)采用可充電蓄電池進(jìn)行供電。
[0020] 作為本發(fā)明一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所 述報警單元為聲光報警單元。
[0021] 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：
[0022] 1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)且能夠自動測量物體的寬和高，節(jié)省了人力；
[0023] 2、本發(fā)明能夠根據(jù)根據(jù)離子濃度檢測單元采集的電壓信號進(jìn)行計算處理得出離 子濃度；即根據(jù)能斯特方程得出離子濃度和膜電位的對應(yīng)的關(guān)系進(jìn)而通過檢測電壓信號得 出重金屬離子濃度；
[0024] 3、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對離子濃度的測量、顯示和存儲；
[0025] 4、本發(fā)明采用給土壤充電流，使土壤里的金屬離子等向電極運(yùn)輸，然后對運(yùn)輸?shù)?金屬離子進(jìn)行集中收集處理，進(jìn)而達(dá)到治污的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0028] 如圖1所示，一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，包含微控制器模塊、 離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、鍵盤輸入單元、報警單 元、電動土壤修復(fù)裝置，所述離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連 接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、鍵盤輸入單元、報警單元、電動土壤修復(fù)裝置連接在微 控制器模塊的相應(yīng)端口上，所述微控制器模塊包含計算單元、對比單元和控制單元；
[0029] 離子濃度檢測單元，用于對離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號進(jìn)行采集；
[0030] 電壓放大器單元，用于將模擬電壓信號進(jìn)行濾波和放大；
[0031] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
[0032] 計算單元，用于根據(jù)該數(shù)字信號進(jìn)行計算處理得出離子濃度；
[0033] 顯示單元，用于實(shí)時顯示微控制器模塊計算出的離子濃度；
[0034] 鍵盤輸入單元，用于輸入設(shè)定正常離子濃度閾值；
[0035] 對比單元，用于根據(jù)計算單元計算出的離子濃度與設(shè)定正常離子濃度閾值進(jìn)行對 t匕，若超過正常濃度閾值則發(fā)送信號至控制單元；
[0036] 控制單元，用于根據(jù)對比單元發(fā)送的信號控制報警單元發(fā)出警報，同時啟動電動 土壤修復(fù)裝置。
[0037] 其中，所述微控制器模塊的型號為AVR系列單片機(jī)，所述顯示單元為IXD顯示屏， 該系統(tǒng)采用可充電蓄電池進(jìn)行供電，所述報警單元為聲光報警單元。
[0038] AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來， 使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快；AVR單片機(jī)具有32個 通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多 個固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對于典型功耗情況，WDT關(guān) 閉時為IOOnA,更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低I. 8V即可工作；AVR單片機(jī)保 密性能好。
[0039] 針對蔬菜基地存在的重金屬污染，發(fā)明了一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修 復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于離子選擇膜技術(shù)，利用電勢測定法研究ISE的電化學(xué)響應(yīng)性能，并結(jié)合 一元線性回歸建立電極電勢與離子濃度的數(shù)學(xué)模型?；贏VR單片機(jī)和AD620運(yùn)放器，設(shè) 計了硬件檢測電路和檢測程序，實(shí)現(xiàn)了對離子濃度的測量、顯示和存儲等操作。本發(fā)明采用 給土壤充電流，使土壤里的金屬離子等向電極運(yùn)輸，然后對運(yùn)輸?shù)慕饘匐x子進(jìn)行集中收集 處理，進(jìn)而達(dá)到治污的目的。
[0040] 離子濃度檢測單元的原理：離子選擇性電極是一種電勢型電化學(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)表面上會發(fā)生離子交換，形成濃差膜電勢，膜電勢與待測溶 液中的特定離子濃度服從能斯特方程如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：包含微控制器模塊、 離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、鍵盤輸入單元、報警單 元、電動土壤修復(fù)裝置，所述離子濃度檢測單元、電壓放大器單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元依次連 接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、顯示單元、鍵盤輸入單元、報警單元、電動土壤修復(fù)裝置連接在微 控制器模塊的相應(yīng)端口上，所述微控制器模塊包含計算單元、對比單元和控制單元； 離子濃度檢測單元，用于對離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號進(jìn)行采集； 電壓放大器單元，用于將模擬電壓信號進(jìn)行濾波和放大； 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號； 計算單元，用于根據(jù)該數(shù)字信號進(jìn)行計算處理得出離子濃度； 顯示單元，用于實(shí)時顯示微控制器模塊計算出的離子濃度； 鍵盤輸入單元，用于輸入設(shè)定正常離子濃度閾值； 對比單元，用于根據(jù)計算單元計算出的離子濃度與設(shè)定正常離子濃度閾值進(jìn)行對比， 若超過正常濃度閾值則發(fā)送信號至控制單元； 控制單元，用于根據(jù)對比單元發(fā)送的信號控制報警單元發(fā)出警報，同時啟動電動土壤 修復(fù)裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在 于：所述微控制器模塊的型號為AVR系列單片機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在 于：所述顯示單元為IXD顯示屏。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在 于：該系統(tǒng)采用可充電蓄電池進(jìn)行供電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤重金屬離子濃度自動檢測及修復(fù)系統(tǒng)，其特征在 于：所述報警單元為聲光報警單元。
【文檔編號】G01N27/49GK104407040SQ201410692044
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】謝敏富, 胡清華, 高娟 申請人:蘇州市歐博銳自動化科技有限公司