基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统，涉及农业及其相关产品的检测技术领域，该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统是一种基于石墨烯操材料制备的操作简单、经济适用、灵敏度高且不易受到其它物质干扰、能够重复使用的检测水质、空气、农作物的传感检测系统。该系统不仅操作简单、能够循环多次使用且系统响应迅速，实现了动态分析环境信息，实时报警，具有成本低廉、超低功耗、人机交互性好等特点。

Detection and control system of water quality and air based on graphene material

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统
本专利技术涉及农业及其相关产品的检测
，特别涉及一种基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统。
技术介绍
近年来由于人对于生活品质的品质的提高，对于农产品的要求也越来越高，影响农产品的品质主要有在生长过程中的水质、空气的影响及在后期农药等有害物质的检测及去除。目前在农业中用于水质、空气、农药的检测主要为原子荧光光度法、电感耦合等离子体质原子发射光谱法、免疫分析法、高效液相色谱法等，这些测试方法灵敏度高、结果精确，但测试成本较高，为消除测试干扰因素，需要对样品进行预处理，对样品的要求较高、且测试仪器体积较大，不能用于户外快速测定。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统，是一种基于石墨烯操材料制备的操作简单、经济适用、灵敏度高且不易受到其它物质干扰、能够重复使用的检测水质、空气、农作物的传感检测系统。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统包括水质检测传感模块、气体检测传感模块、农药检测传感模块、第一控制器、电源模块、显示模块、4G通信模块、报警模块。所述的水质检测传感模块，用于检测水中的重金属离子，分别是镉离子(Cd2+)、汞离子(Hg2+)、铬离子(cr3+)、铜离子(Cu2+)、铅离子(Pb2+)。水质检测传感器通过电化学反应检测水中金属粒子的浓度后，再将检测的结果传输给所诉的第一控制器。所述的气体检测传感模块、用于检测空气中的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO、NO2、N2O)、碳氧化物(CO、CO2)、氧气(O2)。空气检测传感器通过利用石墨烯的吸附性质检测空气中的气体成分及浓度后，再将检测结果传输给所诉的第一控制器。所述的农药检测传感模块，用于检测农产品中的有机磷类农药、氨基甲酸脂类农药。农药检测传感模块利用酶抑制法，石墨烯材料修饰后的改性电极促进反应的原理检测出所诉两类的农药浓度后，再将检测结果传输给所诉的第一控制器。所述的第一控制器对水质检测传感模块、气体检测传感模块、农药测距传感模块采集到的数据进分析与处理，根据不同的检测环境，结合环境温度、压强，解析出检测物的浓度；再根据4G通讯模块发送到服务器。所述的电源模块，用于给整个系统的各个模块供电。所述的显示模块，用于显示采集到各个物质的浓度信息。所述的报警模块，用于提示用户当前环境检测结果为不良。所述的4G通信模块，用于第一控制器与服务器之间的数据传输。进一步地，所述的第一控制器型号为KEAZ128AMLK：。进一步地，所述的水质重金属检测传感器细分为镉离子(Cd2+)传感检测部分、汞离子(Hg2+)传感检测部分、铬离子(cr3+)传感检测部分、铜离子(Cu2+)传感检测部分、铅离子(Pb2+)传感检测部分。镉离子(Cd2+)的检测方法为用Fe3O4-GO修饰玻碳电极，利用方波溶出伏安法(SWASV)检测水中的隔离子，可以避免铅离子、锌离子、铜离子的干扰，检测线性范围0～0.8umol/L。汞离子(Hg2+)的检测方法为：用以金纳米颗粒(AuNPs)修饰GN的复合物检测汞离子，能够避免铜离子、铁离子、锌离子的干扰，检测线性范围(0.1～60)ng/ml。铬离子(cr3+)的检测方法：在石墨烯片上顺延生长Fe3O4纳米颗粒，用作电极材料完成水中铬离子循环伏安法以检测铬离子的浓度，线性范围为：0.2～2nmol/L。铜离子(Cu2+)及铅离子(Pb2+)的检测方法：将热胀冷缩法制备的石墨烯纳米片修饰GCE电极采用方波溶出伏安法(SWASV)检测铜离子及铅离子，线性范围为：0.8～10umol/L。上述的重金属离子检测浓度结果最终将以电压的形式使用485通信协议发送给所诉的第一控制器。进一步地，所述的气体检测传感器细分为：二氧化硫(SO2)传感检测部分、氮氧化物(NO、NO2、N2O)传感检测部分、碳氧化物(CO、CO2)检测传感部分、氧气(O2)检测传感部分。：二氧化硫(SO2)及氮氧化物(NO、NO2、N2O)的检测方法：利用氧化锌(ZnO)纳米棒修饰石墨烯，利用SO2、NO、NO2N2O、N2O的旋转振动指纹峰的区别，区分出混合气体中的气体成分及浓度。碳氧化物(CO、CO2)的检测方法：在石墨烯棒中掺杂铝离子(Al2+)，石墨烯对二氧化碳及一氧化碳的吸附和释放将会以电阻波动的形式反映，由此检测出碳氧化物的浓度。氧气(O2)的检测方法：利用石墨烯材料修饰惰性金属电极为阴极，活泼金属为阳极，氧气与电解质发生电解反应产生电流反映氧气浓度，由此检测氧气浓度。上述的气体检测浓度结果最终将以电压的形式使用485通信协议发送给所诉的第一控制器。进一步的地，所述的农药检测传感器细分为：有机磷类农药传感检测部分、氨基甲酸脂类农药传感检测部分。有机磷类农药的检测方法为：利用氧化锆纳米粒子修饰的氯化血红素功能化还原石墨烯氧化物在玻碳电极产生电流反映其浓度，由此检测有机磷农药浓度。氨基甲酸脂类农药的检测方法为：利用氯化血红素还原氧化石墨烯改性玻碳电极产生电流反映其浓度，由此来检测氨基甲酸酯类农药浓度。上述的农药检测浓度结果最终将以电压的形式使用485通信协议发送给所诉的第一控制器。该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统的检测方法包括以下步骤：步骤S1：系统设备初始化；步骤S2：第一控制器读取服务器中的场景数据，根据场景数据判断需要获得的物质浓度信息后，发生采集命令给各个传感器；步骤S3：各个传感器将采集到的数据信息由I2C总线发生给第一控制器，第一控制器将获得到的数据进行归类，分析；根据当前的温度、气压等信息计算出当前测量的浓度信息是否超过规定值；步骤S4：第一控制器根据计算后的结果通过4G通信模块发送到服务器，且判断是否发出警报，提示当前环境不利于作物生长或当前产品不符合标准。采用以上技术方案的有益效果是：该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统不仅操作简单、能够循环多次使用且系统响应迅速，实现了动态分析环境信息，实时报警，具有成本低廉、超低功耗、人机交互性好等特点。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。图1是该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统模块图；图2是石墨烯与金属离子作用机理图；图3是该系统整体的软件架构示意图；图4是传感器初始检测的软件流程图；图5是传感器数据采集分析算法的软件流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统的优选实施方式。图1、图2、图3、图4和图5出示本专利技术基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统的具体实施方式：该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统包括水质检测探针、气体检测检测室、农药检测探针及控制系统主体。控制系统主体上安装有检测系统的硬件电路板，如图1所示：该基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统包括水质检测传感器、气体检测传感器、农药检测传感器、第一控制器、电源模块、显示模块、4G通信模块及报警模块。第一控制器采用超低功耗、稳定性好、适用温度广、片上外设丰富的恩智浦公司的KEAZ128AMLK微控制器，电源模块采用2600mAh3S11.1V25C锂聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统，其特征在于：所述基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统包括水质检测传感模块、气体检测传感模块、农药检测传感模块、第一控制器、电源模块、显示模块、4G通信模块、报警模块；所诉的水质检测传感模块，用于检测水中的重金属离子，分别是镉离子(Cd

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统，其特征在于：所述基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统包括水质检测传感模块、气体检测传感模块、农药检测传感模块、第一控制器、电源模块、显示模块、4G通信模块、报警模块；所诉的水质检测传感模块，用于检测水中的重金属离子，分别是镉离子(Cd2+)、汞离子(Hg2+)、铬离子(cr3+)、铜离子(Cu2+)、铅离子(Pb2+)，水质检测传感器通过电化学反应检测水中金属粒子的浓度后，再将检测的结果传输给所诉的第一控制器；所诉的气体检测传感模块、用于检测空气中的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO、NO2、N2O)、碳氧化物(CO、CO2)、氧气(O2)，空气检测传感器通过利用石墨烯的吸附性质检测空气中的气体成分及浓度后，再将检测结果传输给所诉的第一控制器；所诉的农药检测传感模块，用于检测农产品中的有机磷类农药、氨基甲酸脂类农药，农药检测传感模块利用酶抑制法，石墨烯材料修饰后的改性电极促进反应的原理检测出所诉两类的农药浓度后，再将检测结果传输给所诉的第一控制器；所诉的第一控制器对水质检测传感模块、气体检测传感模块、农药测距传感模块采集到的数据进分析与处理，根据不同的检测环境，结合环境温度、压强，解析出检测物的浓度，再根据4G通讯模块发送到服务器；所诉的电源模块，用于给整个系统的各个模块供电；所诉的显示模块，用于显示采集到各个物质的浓度信息；所诉的报警模块，用于提示用户当前环境检测结果为不良；所诉的4G通信模块，用于第一控制器与服务器之间的数据传输。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统，其特征在于：所述第一控制器型号为KEAZ128AMLK：。3.根据权利要求1所述的基于石墨烯材料检测水质及空气等的检测控制系统，其特征在于：所述水质重金属检测传感器细分为镉离子(Cd2+)传感检测部分、汞离子(Hg2+)传感检测部分、铬离子(cr3+)传感检测部分、铜离子(Cu2+)传感检测部分、铅离子(Pb2+)传感检测部分，镉离子(Cd2+)的检测方法为用Fe3O4-GO修饰玻碳电极，利用方波溶出伏安法(SWASV)检测水中的隔离子，可以避免铅离子、锌离子、铜离子的干扰，检测线性范围0～0.8umol/L，汞离子(Hg2+)的检测方法为：用以金纳米颗粒(AuNPs)修饰GN的复合物检测汞离子，能够避免铜离子、铁离子、锌离子的干扰，检测线性范围(0.1～60)ng/ml，铬离子(cr3+)的检测方法：在石墨烯片上顺延生长Fe3O4纳米颗粒，用作电极材料完成水中铬离子循环伏安法以检测铬离子的浓度，线性范围为：0.2～2nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，
申请(专利权)人：刘宇，
类型：发明
国别省市：天津,12