污水处理过程氨氮检测仪的设计(附件)
在工业化发达的今天，地球上的水体遭到了严重的破坏，水中氨氮含量的检测变得越来越重要，因为它不仅有助于判断水体是否受到污染，还可以察看水的自净情况。氨氮检测装置另外也能够快速有效的进行控制与处理污水处理过程中有机物的含量。它可以预防和控制工厂污水和生活污水。保护人体健康具有重要意义。因此，现如今要制作一个在水中及时准确的氨氮检测装置是非常有需要的。本文以PNH3-1氨气敏电极和CC2530芯片为核心，集成了电源转换、液晶显示模块、串口模块和其他外围电路。该检测装置很重要的一个环节是通过传感器的检测原件分别检测出温度信号和氨氮信号，并将氨氮传感器测得的模拟信号通过CC2530的ADC模块进行数模转换将其转换为数字信号，最后我们通过能斯特方程就可以计算出氨氮含量，然后通过无线传输协议在TFT屏幕上显示。关键词 污水,ZigBee,CC2530，PNH3-1，型氨气敏电极
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 氨氮传感器结构和检测原理 2
1.3 国内外研究现状 4
1.4 研究内容 4
1.5 本章小节 5
2 氨氮检测仪硬件设计 5
2.1 系统总体设计 5
2.2 氨氮检测仪传感器的选择 6
2.3硬件设计 7
3 氨氮检测仪软件设计 11
3.1 zigbee技术介绍 11
3.2 ZStack协议栈 12
3.3 ZStack网络运行机理 13
3.4 IAR开发环境 14
3.5 串口发送 15
3.6 zigbee建网和入网 16
4 系统调试 19
4.1 数据采集 20
4.2设计中的技术难题 21
总结 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
哪里有水，哪里就有生命。现如今我们中国的经济取得了举世瞩目的成就，然而水环境的各种污染问题也变的尤为突出，对我们赖以生存的居住环境造成了严重的影响，导致现在出现了很多难以医治的疾病，人类 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
患癌率也明显提高，严重破坏了我们人类以及动植物的健康。因此，水环境的各种污染问题已成为了地球村里各国共同关注并且很头疼的问题。众所周知，地球上的一切动植物的生命活动都不能离开水，仅仅我们人类身体内的水就占到了我们全部体重的70%左右。如果要是没有水的话，我们所吃的一切食物中含有的营养有益物质都不会被我们的人体所吸收，并且吸收完的残渣也不能顺利的从我们体内排出，当我们生病时，吃完医生配的药物也会无法到达患病的部位进行保护人体。人体一旦水短缺，后果非常严重。轻的话会造成嘴唇干裂和神志不清等现象；如果我们体内缺水占16%左右的话身体的不适感就会强烈于饥饿感。没有食物，人们可以活很长时间（估计是两个月）。如果没有水，他们最多只能活一个星期左右。另外在我们21世纪的现代化制造业中，绝对不会有哪个制造业部门敢承若他们的部门是不需要水的。既不是制造业，也不是直接或间接的水关系。更多的工业用水的目的是用来冷却设备和冷却制造的产品的，如钢铁厂之类的。在各种工业或者制造业生产中水常常会被用作清洁剂，清洁工业设备和工厂的地面，世界上全部的工厂无一例外的都离不开水来生产以及制造各类东西，而且几乎每一个生产环节都有水。污水中目前主要的物质就是氨氮跟溶解氧以及PH的不达标。我的课题研究的是氨氮检测，所以这里着重讲的就是氨氮的影响。目前，无论是在地表水还是地下水中，都会出现氨氮的身影，可以理解为无处不在。氨氮物质是以游离子的存在形式分布在各种水体中。当水中的氨氮量特别的高时，水就会变成墨色并且还伴有很臭的味道,导致河流里的鱼虾类等生物大量死亡。而且，氨氮在一些微生物影响下可变为亚硝酸盐，当我们饮用这些水会使亚硝酸盐和我们体内的蛋白质相结合形成我们所熟悉的亚硝胺，是一种严重的致癌物。另外，我们经常需要喝水，如果我们饮用的是那种来自氨氮量超标的水体，长此以往的话会对我们的身体造成很大的破坏，而且都是不可逆的。我们国家也非常的重视水体的氨氮污染状况并且在2006年12月份颁布了《生活饮用水卫生标准》，明确指出饮用水中的氨氮含量不得超过0.5mg/L。
现如今，我国的各处河流受到氨氮影响的情形已经非常严峻。基本都超出了水体的承受强度。如果我国还不重视这个情况，长此以往下去会导致非常严重的后果，为了保护生态以及造福于子孙后代，所以对水质氨氮量的检测变的尤为重要。
1.2 氨氮传感器结构和检测原理
氨氮检测传感器是属于电化学传感器的一种，其工作原理是使用膜电位来测量氨离子的活性。当它与含有氨离子的溶液接触时，会在两者之间的接触面产生膜电位，产生的膜电位与敏感膜和测试溶液接触表面上的氨离子的活性直接相关。因为传感器的电极需要选择性和短的平衡时间特性，所以我用的是氨离子选择性电极。我选择的PNH31氨氮传感器的氨气敏电极的结构如图 2.1所示，传感器的指示电极用的是PH玻璃电极，传感器的参比电极使用的是银氯化银电极。将银氯化银电极放入塑料管中，管中需装有0.1mol / L氯化铵。在靠近电极敏感膜的管的末端安装疏水性半透膜，用以将内部电解质与外部样品分离。半透膜和pH电极之间有层薄液膜。为了使铵盐化成游离性氨，我们必须把待测溶液的pH提升到11以上。因为半透膜是不给水与另外离子通过的，所以通过的只能是游离性氨，在半透膜层氯化铵电解液中，我们可以从化学式NH4+=NH3+H+反应看出，氢离子浓度的变化造成PH值变化由次我们可以测出氨氮的含量。 /
根据溶液中游离氨的变化产生的电动势为（式 2.1）： /
公式中极薄层的氢离子活度用aH+表示；aCl表示一个常数值；R也表示一个固定数值及R=8.314J/mol*K；T表示的是测试溶液的绝对温度； F=96487C/mol，测试溶液在PH为11时铵离子变为游离性氨。氨通过半透膜扩散到电解质中，这时候游离氨在电解质薄层中会与H +形成铵离子。我们可以假设溶液内部的电解质不是pH的缓冲介质，由于氨的碱性，测试溶液的pH会增加，然而我们用的溶液是0.1mol / L氯化铵，但是溶液中NH4 +的浓度是非常明显高于反应所产生的NH4 +的，所以可以认为NH4 +的浓度是恒定的。 从而我们可以认为pH值的变化是由NH4 +浓度的变化导致的。因此有下列各式（式2.3，2.3，2.4）：
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 氨氮传感器结构和检测原理 2
1.3 国内外研究现状 4
1.4 研究内容 4
1.5 本章小节 5
2 氨氮检测仪硬件设计 5
2.1 系统总体设计 5
2.2 氨氮检测仪传感器的选择 6
2.3硬件设计 7
3 氨氮检测仪软件设计 11
3.1 zigbee技术介绍 11
3.2 ZStack协议栈 12
3.3 ZStack网络运行机理 13
3.4 IAR开发环境 14
3.5 串口发送 15
3.6 zigbee建网和入网 16
4 系统调试 19
4.1 数据采集 20
4.2设计中的技术难题 21
总结 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
哪里有水，哪里就有生命。现如今我们中国的经济取得了举世瞩目的成就，然而水环境的各种污染问题也变的尤为突出，对我们赖以生存的居住环境造成了严重的影响，导致现在出现了很多难以医治的疾病，人类 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
患癌率也明显提高，严重破坏了我们人类以及动植物的健康。因此，水环境的各种污染问题已成为了地球村里各国共同关注并且很头疼的问题。众所周知，地球上的一切动植物的生命活动都不能离开水，仅仅我们人类身体内的水就占到了我们全部体重的70%左右。如果要是没有水的话，我们所吃的一切食物中含有的营养有益物质都不会被我们的人体所吸收，并且吸收完的残渣也不能顺利的从我们体内排出，当我们生病时，吃完医生配的药物也会无法到达患病的部位进行保护人体。人体一旦水短缺，后果非常严重。轻的话会造成嘴唇干裂和神志不清等现象；如果我们体内缺水占16%左右的话身体的不适感就会强烈于饥饿感。没有食物，人们可以活很长时间（估计是两个月）。如果没有水，他们最多只能活一个星期左右。另外在我们21世纪的现代化制造业中，绝对不会有哪个制造业部门敢承若他们的部门是不需要水的。既不是制造业，也不是直接或间接的水关系。更多的工业用水的目的是用来冷却设备和冷却制造的产品的，如钢铁厂之类的。在各种工业或者制造业生产中水常常会被用作清洁剂，清洁工业设备和工厂的地面，世界上全部的工厂无一例外的都离不开水来生产以及制造各类东西，而且几乎每一个生产环节都有水。污水中目前主要的物质就是氨氮跟溶解氧以及PH的不达标。我的课题研究的是氨氮检测，所以这里着重讲的就是氨氮的影响。目前，无论是在地表水还是地下水中，都会出现氨氮的身影，可以理解为无处不在。氨氮物质是以游离子的存在形式分布在各种水体中。当水中的氨氮量特别的高时，水就会变成墨色并且还伴有很臭的味道,导致河流里的鱼虾类等生物大量死亡。而且，氨氮在一些微生物影响下可变为亚硝酸盐，当我们饮用这些水会使亚硝酸盐和我们体内的蛋白质相结合形成我们所熟悉的亚硝胺，是一种严重的致癌物。另外，我们经常需要喝水，如果我们饮用的是那种来自氨氮量超标的水体，长此以往的话会对我们的身体造成很大的破坏，而且都是不可逆的。我们国家也非常的重视水体的氨氮污染状况并且在2006年12月份颁布了《生活饮用水卫生标准》，明确指出饮用水中的氨氮含量不得超过0.5mg/L。
现如今，我国的各处河流受到氨氮影响的情形已经非常严峻。基本都超出了水体的承受强度。如果我国还不重视这个情况，长此以往下去会导致非常严重的后果，为了保护生态以及造福于子孙后代，所以对水质氨氮量的检测变的尤为重要。
1.2 氨氮传感器结构和检测原理
氨氮检测传感器是属于电化学传感器的一种，其工作原理是使用膜电位来测量氨离子的活性。当它与含有氨离子的溶液接触时，会在两者之间的接触面产生膜电位，产生的膜电位与敏感膜和测试溶液接触表面上的氨离子的活性直接相关。因为传感器的电极需要选择性和短的平衡时间特性，所以我用的是氨离子选择性电极。我选择的PNH31氨氮传感器的氨气敏电极的结构如图 2.1所示，传感器的指示电极用的是PH玻璃电极，传感器的参比电极使用的是银氯化银电极。将银氯化银电极放入塑料管中，管中需装有0.1mol / L氯化铵。在靠近电极敏感膜的管的末端安装疏水性半透膜，用以将内部电解质与外部样品分离。半透膜和pH电极之间有层薄液膜。为了使铵盐化成游离性氨，我们必须把待测溶液的pH提升到11以上。因为半透膜是不给水与另外离子通过的，所以通过的只能是游离性氨，在半透膜层氯化铵电解液中，我们可以从化学式NH4+=NH3+H+反应看出，氢离子浓度的变化造成PH值变化由次我们可以测出氨氮的含量。 /
根据溶液中游离氨的变化产生的电动势为（式 2.1）： /
公式中极薄层的氢离子活度用aH+表示；aCl表示一个常数值；R也表示一个固定数值及R=8.314J/mol*K；T表示的是测试溶液的绝对温度； F=96487C/mol，测试溶液在PH为11时铵离子变为游离性氨。氨通过半透膜扩散到电解质中，这时候游离氨在电解质薄层中会与H +形成铵离子。我们可以假设溶液内部的电解质不是pH的缓冲介质，由于氨的碱性，测试溶液的pH会增加，然而我们用的溶液是0.1mol / L氯化铵，但是溶液中NH4 +的浓度是非常明显高于反应所产生的NH4 +的，所以可以认为NH4 +的浓度是恒定的。 从而我们可以认为pH值的变化是由NH4 +浓度的变化导致的。因此有下列各式（式2.3，2.3，2.4）：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1951.html
