一种便携式土壤重金属快速检测仪制造技术

一种便携式土壤重金属快速检测仪，该检测仪包括微控制器模块、恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块、串口通信模块、搅拌电机模块、电源模块。恒电位仪可补偿电化学反应过程中工作电极电势的波动，稳定工作电极电压；电流电压转换放大模块采用两级负反馈放大电路；控制器模块可以实现对恒电位仪的监控，及时采集并保存工作电极上的信号。该检测仪体积小，成本低，功耗低，性能稳定，具有较好的精确度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种便携式土壤重金属快速检测仪，该检测仪包括微控制器模块、恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块、串口通信模块、搅拌电机模块、电源模块。恒电位仪可补偿电化学反应过程中工作电极电势的波动，稳定工作电极电压；电流电压转换放大模块采用两级负反馈放大电路；控制器模块可以实现对恒电位仪的监控，及时采集并保存工作电极上的信号。该检测仪体积小，成本低，功耗低，性能稳定，具有较好的精确度。【专利说明】一种便携式土壤重金属快速检测仪
本技术涉及农业信息获取
，特别涉及基于电化学分析的土壤重金属快速检测技术。
技术介绍
土壤是从事农业生产的本源所在，农田土壤保护是保障粮食与食品安全的重要物质基础。随着现代工业的飞速发展，大量的工业废弃物、生活污染物的排放，以及化肥农药过量地使用，使农田土壤遭受到严重的污染。土壤中的重金属不能被微生物降解，相反却能在农作物体内富集，影响农产品的质量，进而对人类健康产生不良影响。从农产品产地出发，运用先进、高效、适用的技术进行农田土壤重金属污染物含量检测，实现对农产品产地环境的监测和污染防治，对我国的农产品安全生产有着重要的实际意义。目前土壤重金属的检测方法主要有光谱法、电化学方法以及新兴的生物检测技术。其中，电化学分析法因其具有简单、灵敏、准确、快速的特点，已经成为当前快速检测土壤重金属的重要方法。电化学法检测重金属主要包括离子选择性电极法、极谱法和伏安法。其中伏安法因其成本低廉、操作简单、精确度高成为最常用的重金属分析方法。其原理是在恒电位及搅拌条件下预电解土壤浸提液数分钟后，让溶液静止30?60s，然后从负电位扫描到较正的电位，富集在电极上的物质因发生氧化反应而重新溶出。溶出过程产生的电流信号呈峰状，其峰电流与土壤浸提液中重金属离子浓度成正比。若浸提液中有多种重金属离子共存时，富集过程按沉积电压大小依次沉积，溶出时，先沉积的离子后析出。目前土壤重金属的检测的电化学工作站价格昂贵、体积庞大，不易完成农业生产过程中对土壤重金属大面积快速检测的要求。因此，本技术设计一种便携式土壤重金属快速检测仪，基于阳极溶出伏安法，可以实现对土壤浸提液中重金属含量的快速检测。该检测仪具有低成本、低功耗、体积小、操作简单、工作稳定、精确度高等优点，适用于农田土壤重金属的快速检测。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是:提供一种便携式土壤重金属快速检测仪，设计并集成多种模块，其操作简单、工作稳定、精确度高、体积小、成本低。为了解决上述现有技术的问题，本技术提供了一种便携式土壤重金属快速检测仪，包括微控制器模块、恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块、串□通信模块、搅拌电机模块、电源模块。—种便携式土壤重金属快速检测仪，所述检测仪对电解池中的土壤浸提液进行快速检测，电解池中布置有搅拌棒、参比电极、辅助电极以及工作电极；其特征在于:包括微控制器模块、恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块、串口通信电路、搅拌电机模块、电源模块；微控制器模块包括CPU，UART模块，D/A模块和A/D模块；电流电压转换及放大模块的输入端与工作电极连接，输出端与A/D模块相连，用于将工作电极上产生的小电流信号转化、滤波、放大，使之变为可被采集的大电压信号；恒电位仪模块的控制输入端与所述微控制器模块中的D/A模块相连，输出端连接辅助电极，反馈输入端与参比电极相连，通过溶液电阻构成负反馈回路。用于保证参比电极无电流通过的情况下，控制参比电极与工作电极间的电势差；UART模块通过串口通信电路与上位机连接，用于所述微控制器模块与上位机进行通信，接收上位机指令，并向上位机发送采集到的数据；搅拌电机模块与所述微控制器模块相连，用于控制搅拌棒，对土壤浸提液进行搅拌;所述电源模块分别与所述微控制器模块、恒电位仪模块以及电流电压转换及放大模块相连，用于为微控制器模块提供3.3V工作电源及4.096V参考电源，为恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块提供5V、-5V工作电源。所述微控制器模块还包括晶振电路、复位电路、JTAG接口，优选地，所述微控制器选用MSP430F169混合信号处理器。所述恒电位仪在参比电极的负反馈回路中引入电压跟随器。电流电压转换及放大模块包括两级放大电路和带有偏置电源的电压跟随器电路。所述两级放大电路均包括AD8625模拟放大器构成负反馈放大电路，每级放大电路均连接有4通道的模拟多路转换器ADG1404实现可变增益，工作电极与第一级放大电路中AD8625的反向输入端连接，第一级放大电路还包括由电阻、电容构成的低通滤波电路。所述搅拌电机模块采用额定电压为5V的直流电机。所述电源模块包括LM7805、LM1117_3.3、MAX829及ADR292芯片，以及相应的外围电路。本技术的便携式土壤重金属快速检测仪有如下效果:一、采用的MSP430F169混合信号处理器具有超低功耗，内部功能模块在待机状态时可以关闭，同时各个输入端口漏电流远低于其他系列单片机，降低了整个系统的总功耗。二、采用低噪声小功率精密参考电压源ADR292产生的高精度的4.096V电压作为模数转换和数模转换的参考电源，提高了精度。三、将电压跟随器引入恒电位仪参比电极的反馈环中，使参比电极不需要承载反馈电流。四、电流电压转换模块采用两级增益可调放大电路，可根据电流信号大小选择放大倍数，减小运放因放大倍数过大产生的噪声信号，从而利于高效提取有效信号。五、通过串口通信模块可与上位机相连，通过上位机软件对数据进行处理，提高检测精度。六、将所有模块集成一体，设备整体体积减小，便于携带，且操作方便。【专利附图】【附图说明】图1 一种便携式土壤重金属快速检测仪结构示意图；图2恒电位仪模块电路原理图；图3电流电压转换级放大模块电路原理图。【具体实施方式】下面结合说明书附图和实施例，对本技术作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本技术的实施方式，但不用来限制本技术的范围。如图1所示，本实施例记载了一种便携式土壤重金属快速检测仪，包括微控制器模块、恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块、串口通信模块、搅拌电机模块、电源模块。该便携式土壤重金属快速检测仪是对电解池中的土壤浸提液进行快速检测，电解池中布置有搅拌棒、参比电极、辅助电极以及工作电极。微控制器模块包括CPU，UART模块，D/A模块和A/D模块，另外，微控制器模块还包括晶振电路(图中未示出)、复位电路以及JTAG接口。优选地，微控制器模块采用MSP430F169混合信号处理器。该处理器具有超低功耗，内部功能模块在待机状态时可以关闭，同时各个输入端口漏电流远低于其他系列单片机，可降低整个系统的总功耗。电流电压转换及放大模块(I/V转换放大电路)的输入端与工作电极连接，输出端与A/D模块相连，用于将工作电极上产生的小电流信号转化、滤波、放大，使之变为可被采集的大电压信号，其电路图如图3所示。该电路采用两级放大，运放采用高输入阻抗的AD8625模拟放大器，两级均采用电压串联负反馈。每级放大电路均连接有4通道的模拟多路转换器ADG1404，可根据需要调节放大倍数。工作电极虚地连接，从一级运放的反向输入端输入，一级放大利用RC负反馈回路进行滤波处理。两级放大之后的电压信号，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式土壤重金属快速检测仪，所述检测仪对电解池中的土壤浸提液进行快速检测，电解池中布置有搅拌棒、参比电极、辅助电极以及工作电极；其特征在于：包括微控制器模块、恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块、串口通信电路、搅拌电机模块、电源模块；微控制器模块包括CPU，UART模块，D/A模块和A/D模块；电流电压转换及放大模块的输入端与工作电极连接，输出端与A/D模块相连，用于将工作电极上产生的小电流信号转化、滤波、放大，使之变为可被采集的大电压信号；恒电位仪模块的控制输入端与所述微控制器模块中的D/A模块相连，输出端连接辅助电极，反馈输入端与参比电极相连，通过溶液电阻构成负反馈回路，用于保证参比电极无电流通过的情况下，控制参比电极与工作电极间的电势差；UART模块通过串口通信电路与上位机连接，用于所述微控制器模块与上位机进行通信，接收上位机指令，并向上位机发送采集到的数据；搅拌电机模块与所述微控制器模块相连，用于控制搅拌棒，对土壤浸提液进行搅拌；所述电源模块分别与所述微控制器模块、恒电位仪模块以及电流电压转换及放大模块相连，用于为微控制器模块提供3.3V工作电源及4.096V参考电源，为恒电位仪模块、电流电压转换及放大模块提供5V、‑5V工作电源。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，张志豪，王志强，王辉，司永胜，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11