MSP430单片机智能氨氮传感器的设计(2)
1绪论.1
1.1课题背景和意义..1
1.2研究现状..2
1.3研究内容..5
2智能氨氮传感器的理论依据..6
2.1影响氨氮含量的因素6
2.2氨氮含量与输出电压及PH的关系模型.7
2.3氨氮传感器的算法..10
2.4氨氮传感器算法的实现11
3智能氨氮传感器的硬件设计12
3.1系统整体设计.12
3.2电路总体结构设计..13
3.3各部分结构设计13
4智能氨氮传感器的软件设计25
4.1程序总体设计.25
4.2数据采集程序设计..26
4.3数据融合程序设计..28
5总结..30
致谢..31
参考文献32
1 绪论 1.1 课题背景和意义 一般来说，自然界中地表水体和地下水体中含有较多的硝酸盐氮(NO3)，而其中的非离子氨是造成地表、地面水体污染和引起水生生物毒害的主要因子。非离子氨，又叫水合氨， 是以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的含氮化合物。我国明确要求标准 III类地面水中的非离子氨浓度应≤0.02mg/L。近年来， 我国水污染情况日益严重，含氮废水若不经处理或者处理不完全会对环境造成很大危害。 据九江新闻网报道，2014 年 8 月 8 日，都昌县土塘镇港东村养鱼户刘龙波养殖的鱼大面积死亡，3 年心血白费，一夜之间死亡上万公斤鱼，损失数十万。 据咸宁新闻网报道，2014年10月14日，咸安区官埠桥镇尧咀村 15 组村民张移兵在年初投放的 20多万尾鱼苗，7月份投放的5000斤黄鳝，在一夜之间一年的辛苦打了水漂。 据腾讯新闻网报道，2015年4月10日，位于广东省惠州市的仲恺潼湖农场中的一个鱼塘内，20 万斤鱼在一夜间全部死亡，鱼塘张老板损失上百万元。 一个个鲜活的事例以及那触目惊心的数字，罪魁祸首就是水体中氨氮含量过高，造成水体富营养化，使水体缺氧，从而导致水生生物一夜之间死亡，让养殖户损失惨重。 氨氮污染的来源主要有生活、工业、农业和养殖业。生活污水中的含氮有机物在微生物分解作用下产生合成氨及其他分解产物。在工业中，如钢铁厂、化工企业、选矿厂、制革厂、炼钨厂、玻璃制造，肉类及饲料加工工业等行业，在其生产过程产生的废水中含有大量的氨氮。养殖场中，动物排泄物及各种饲料垃圾都含有氨氮。而在农业中，化肥的使用使得氨不可避免的流失。在这些行业中，排放废水中的氨氮浓度非常高，能够达到6000 mg/L亦或更高。某些企业排放的废水中本身氨氮浓度并不高，例如食品、皮革和养殖场等，但是经过一些化学反应（主要是有机氮的脱氮基反应）后，氨氮的浓度会迅速上升，使得污染进一步加重。目前，这些类型的企业排放未经处理或者处理不完全的废水，对水体环境的污染日益严重。 氨氮属于营养盐污染物，当水体中含量较高时水质会恶化，导致生态系统的失衡，从而引发水体富营养化。这种情况下水体中的藻类及微生物会大量繁殖，使得大量消耗水体中的溶解氧，从而耗氧速率明显高于复氧速率，最终就会出现论文开头列举的鱼类大量死亡的案例，严重情况下还会导致湖泊枯竭以致灭亡。此外，一些企业排放的工业废水成分极其复杂，毒性极强，且具有强致癌性，更加导致水体污染严重。
在氨氮浓度较高的情况下， 不仅会对鱼类等其它水生生物产生致命的毒害作用，而且人体也会受到不同程度的潜在危害，在水中，氨氮会受环境影响发生化学反应生成亚硝酸盐，而若长时间食用含有亚硝酸盐的饮用水，会使亚硝酸盐留在体内与蛋白质生成亚硝胺，这种强致癌物质极大的危害人体健康。 游离氨是危害水生生物的主要因子，毒性是铵盐的几十倍。其毒性与水体 pH值及温度有着密切关系，一般情况下，其毒性与水体pH值及温度呈正比，pH值及温度越高，毒性越强，对鱼类的危害与亚硝酸盐相似。 其次，氨氮作用于水生生物的毒性分为慢性和急性。慢性的毒性表现为：水生生物一些组织受到损伤， 体内氧气含量减少， 从而导致生命迹象减弱， 进食少，生长变缓慢。尤其是鱼类，对水体中的氨氮非常敏感，情况严重会导致鱼类大量死亡。急性的毒性表现为：水生生物出现亢奋、抽搐、在水中失去平衡的情况，若不及时处理，严重的话直接导致死亡。 近年来，氨氮引起的水污染日益严重，氨氮成为了水质污染的一个重大因素，对人类的生活环境以及健康问题造成了非常严重的影响，因此，氨氮浓度已作为一项重要指标来衡量水质，随之而来的势必是氨氮检测技术的发展，如何快速准确的监控氨氮的排放及检测其浓度已成为了社会各界研究的一个世界性的难题。 一般情况下，水体中的氨和铵离子平衡方式如下： NH3+H2O=NH4++OH- 1.2 研究现状