專利名稱：具有g(shù)ps定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，是一種具有全球定位系統(tǒng)(GPS)定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置。
背景技術(shù)：
近些年來，因經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源利用強度加大，導(dǎo)致我國湖泊生源要素嚴(yán)重富集，生態(tài)系統(tǒng)退化，藍藻水華頻繁暴發(fā)，湖泊富營養(yǎng)化呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢。2000年以后，太湖、巢湖、滇池等大型天然湖泊出現(xiàn)大面積水華，導(dǎo)致全國湖泊的富營養(yǎng)化面積急劇增加。目前，全國I平方公里以上的湖泊有2000多個，目前發(fā)達地區(qū)的湖泊富營養(yǎng)化已經(jīng)比較嚴(yán)重，大城市的中心湖泊及一些小湖泊已基本富營養(yǎng)化甚至重度富營養(yǎng)化。以太湖為例，近20年來太湖水污染嚴(yán)重，上世紀(jì)80年代還是以二類水為主，到2000年以后水體已是五類至劣 五類為主，水華占到總面積三分之一。湖泊富營養(yǎng)化是環(huán)湖工農(nóng)業(yè)和生活的排污問題。排污中的磷污染引起太湖水體富營養(yǎng)化，成為藻類大規(guī)模暴發(fā)的主要成因，水中磷元素的存在形態(tài)有正磷酸鹽、偏磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷，其中正磷酸鹽占絕大多數(shù)。對于藻類等初級生產(chǎn)者，最為重要的磷的形態(tài)是正磷酸鹽。所以磷酸鹽的現(xiàn)場檢測成為太湖水體富營養(yǎng)化監(jiān)測和預(yù)警的重要指標(biāo)。目前已有產(chǎn)品大多數(shù)僅具有檢測功能，需要采用其他儀器輔助獲得采樣點位置信息，檢測結(jié)果也不能現(xiàn)場傳輸。因此，研制具有GPS定位和無線傳輸功能的磷酸鹽檢測儀，可以將檢測結(jié)果和采樣點位置信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端進行處理，便于有關(guān)部門及時獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，在環(huán)境監(jiān)測、污染預(yù)警等領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置，適用于野外檢測，實現(xiàn)了對磷酸鹽的定量檢測，同時進行GPS現(xiàn)場定位，在環(huán)境溫度變化時，以檢測到的現(xiàn)場環(huán)境溫度，用經(jīng)驗公式，動態(tài)調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，保證了檢測結(jié)果的一致性。并將檢測結(jié)果及位置信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端進行處理。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其包括中央微處理器、激光器二極管、光電探測器、數(shù)據(jù)處理電路、溫度檢測模塊、GPS定位單元、無線傳輸單元、鍵盤輸入、液晶顯示、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機；其中，中央微處理器的多個輸出端分別與激光器二極管、GPS定位單元、無線傳輸單元電連接；并分別與光電探測器、數(shù)據(jù)處理電路、溫度檢測模塊、液晶顯示、數(shù)據(jù)傳輸模塊雙向通訊；鍵盤輸入的輸出端與中央微處理器的輸入端電連接；數(shù)據(jù)傳輸模塊與上位機雙向通訊；光電探測器、溫度檢測模塊的輸出端分別與數(shù)據(jù)處理電路的一輸入端電連接；激光器二極管、光電探測器、溫度檢測模塊分別設(shè)于光電檢測接口的側(cè)壁上，激光器二極管、光電探測器分別位于相對的側(cè)壁，光電探測器在激光器二極管的光路上。
所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其所述GPS定位單元包括GPS控制電路、GPS模塊，GPS控制電路與GPS模塊雙向通訊；無線傳輸單元包括GPRS控制電路、GPRS模塊，GPRS控制電路與GPRS模塊雙向通訊；中央微處理器的兩個輸出端分別與GPS控制電路、GPRS控制電路電連接。所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其所述光電檢測接口，包括反應(yīng)池、遮光上蓋、反應(yīng)杯；反應(yīng)池為桶狀，反應(yīng)杯置于反應(yīng)池腔內(nèi)，遮光上蓋與反應(yīng)池上端相適配，可分離的避光式固連；反應(yīng)池側(cè)壁中部周圓上設(shè)有兩個正對的通孔，二通孔內(nèi)分別固接激光二極管、光電探測器，光電探測器在激光器二極管的光路上；距底部3/4處開有第三通孔，第三通孔中固接溫度檢測模塊；反應(yīng)杯由透明材料制作，使激光器二極管的光路穿過。所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其所述遮光上蓋側(cè)壁厚度大于反應(yīng)池側(cè)壁厚度， 遮光上蓋下端頭周圓上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)壁與反應(yīng)池上端頭外形相適配，兩者卡固連接，使外界光線無法進入；遮光上蓋、反應(yīng)池用不透明的金屬材料制作。所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其所述反應(yīng)杯用玻璃材料制作，上口設(shè)有反應(yīng)杯
至JHL ο所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其所述光電檢測接口，其反應(yīng)池與激光器二極管、光電探測器、溫度檢測模塊集成為一個模塊。所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其流程為(I)制作磷酸鹽濃度與光強對應(yīng)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線，備用；(2)將待檢測樣品置于反應(yīng)杯中，放到反應(yīng)池內(nèi)腔中，蓋上遮光上蓋；(3)通電，通過鍵盤輸入，指令中央微處理器啟動激光器二極管發(fā)射激光，照射反應(yīng)杯中待檢測樣品；(4)待光強穩(wěn)定后，用光電探測器檢測透射光強，并將所得數(shù)據(jù)存儲于中央微處理器的內(nèi)存中；(5)斷電暫停，取出反應(yīng)杯，將反應(yīng)試劑加入反應(yīng)杯中的待檢測樣品，蓋上遮光上蓋，反應(yīng)試劑開始和待測樣品中的磷酸鹽反應(yīng)；(6)通電，通過鍵盤輸入，指令中央微處理器啟動溫度檢測模塊，采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)；(7)跟據(jù)(6)步所得環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，將其與25°C進行比較，依據(jù)比較結(jié)果，調(diào)節(jié)反應(yīng)時間的長短；(8)達到(7)步確定的反應(yīng)時間，反應(yīng)結(jié)束后，中央微處理器啟動激光器二極管發(fā)射激光，再次照射反應(yīng)杯中反應(yīng)過的待檢測樣品；(9)再次用光電探測器檢測透射光強，并將所得數(shù)據(jù)存儲；將兩次檢測的光強數(shù)據(jù)結(jié)果進行對數(shù)計算得到光度值，結(jié)合(I)步的磷酸鹽濃度與光強對應(yīng)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線進行對比，確定磷酸鹽濃度；然后，通過GPS定位單元定位，獲得位置信息；(10)將磷酸鹽濃度和獲得的位置信息，經(jīng)無線傳輸單元傳輸給數(shù)據(jù)終端；(11)磷酸鹽濃度和獲得的位置信息或通過數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳到上位機中進行運算和保存。
本發(fā)明的一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置，基于鑰銻抗分光光度法，采用單色光源和高分辨率光電檢測元件光度實現(xiàn)了對磷酸鹽的定量檢測，同時可以進行GPS現(xiàn)場定位，檢測結(jié)果及位置信息通過GPRS模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端進行處理。本發(fā)明裝置適用于野外檢測，環(huán)境溫度變化大會對檢測結(jié)果造成較大影響，因此增加了溫度檢測模塊，可以檢測現(xiàn)場環(huán)境溫度，根據(jù)已有的經(jīng)驗公式，動態(tài)調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，保證檢測結(jié)果的一致性。本發(fā)明提供的便攜式檢測儀不僅僅局限于磷酸鹽的檢測，也可應(yīng)用于氨氮等水體污染物質(zhì)的定量檢測。


圖I為本發(fā)明的一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的檢測裝置中光電檢測接口結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的檢測裝置對磷酸鹽檢測流程圖；圖4為磷酸鹽濃度與光強對應(yīng)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置的一個具體實施例結(jié)構(gòu)，如圖I所示，包括中央微處理器I、激光器二極管2、光電探測器3、數(shù)據(jù)處理電路4、溫度檢測模塊5、GPS控制電路6-1、GPS模塊6_2、GPRS控制電路7_1、GPRS模塊7_2、鍵盤輸入8、液晶顯示9、數(shù)據(jù)傳輸模塊10、上位機11。中央微處理器I的多個輸出端分別與激光器二極管2、GPS定位單元6、無線傳輸單元7、分別與光電探測器3、數(shù)據(jù)處理電路4、溫度檢測模塊5、液晶顯示9、數(shù)據(jù)傳輸模塊10雙向通訊；鍵盤輸入8的輸出端與中央微處理器I的輸入端電連接；數(shù)據(jù)傳輸模塊10與上位機11雙向通訊；光電探測器3、溫度檢測模塊5的輸出端分別與數(shù)據(jù)處理電路4的一輸入端電連接；激光器二極管2、光電探測器3、 溫度檢測模塊5分別設(shè)于光電檢測接口的側(cè)壁上，激光器二極管2、光電探測器3分別位于相對的側(cè)壁，光電探測器3在激光器二極管2的光路上。光電檢測接口的一個具體實施例，如圖2所示，采用一體化設(shè)計將反應(yīng)池12、溫度檢測模塊5、激光二極管2、光電探測器3,遮光上蓋13集成到一個模塊中。其中，反應(yīng)池12為一容體，內(nèi)外均為圓柱形，在距底部一半處開兩個正對的孔，分別放置激光二極管2、光電探測器3 ;在距底部3/4處開一個孔，孔中放置溫度檢測模塊5 ;遮光上蓋13采用金屬材料，其中與反應(yīng)池12接口采用凹陷設(shè)計，與反應(yīng)池12上邊的凸起部分相對應(yīng)，以保證外界光無法進入。檢測過程如圖3所示首先將待檢測樣品置于反應(yīng)杯14中，放置到反應(yīng)池12中，蓋上遮光上蓋13，由中央微處理器I打開激光二極管2，待光強穩(wěn)定后，通過光電探測器3檢測透射光強值，結(jié)果自動存儲；然后將反應(yīng)試劑加入反應(yīng)杯14，蓋上遮光上蓋13，反應(yīng)試劑開始和待測樣品中的磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)。其中，反應(yīng)時間不是一個固定值，檢測裝置通過溫度檢測模塊5獲得此時的環(huán)境溫度，通過計算，確定最佳的反應(yīng)時間，以確保不同環(huán)境溫度下檢測結(jié)果的一致性。反應(yīng)結(jié)束后，打開激光二極管2，通過光電探測器3檢測透射光強值，與前次的結(jié)果進行計算得到光度值，通過已獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線(如圖4所示)進行對比，可以得到磷酸鹽的濃度值。檢測完成后，儀表通過GPS控制電路6-1開啟GPS模塊6-2進行定位，定位結(jié)束后，通過GPRS控制電路7-1開啟GPRS模塊7-2，將檢測結(jié)果、位置信息和時間信息通過GPRS傳輸?shù)綗o線接收終端，進行綜合分析處理。
權(quán)利要求
1.一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，包括中央微處理器、激光器二極管、光電探測器、數(shù)據(jù)處理電路、溫度檢測模塊、GPS定位單元、無線傳輸單兀、鍵盤輸入、液晶顯不、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機；其中，中央微處理器的多個輸出端分別與激光器二極管、GPS定位單元、無線傳輸單元電連接；并分別與光電探測器、數(shù)據(jù)處理電路、溫度檢測模塊、液晶顯示、數(shù)據(jù)傳輸模塊雙向通訊；鍵盤輸入的輸出端與中央微處理器的輸入端電連接；數(shù)據(jù)傳輸模塊與上位機雙向通訊；光電探測器、溫度檢測模塊的輸出端分別與數(shù)據(jù)處理電路的一輸入端電連接；激光器二極管、光電探測器、溫度檢測模塊分別設(shè)于光電檢測接口的側(cè)壁上，激光器二極管、光電探測器分別位于相對的側(cè)壁，光電探測器在激光器二極管的光路上。
2.如權(quán)利要求I所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，所述GPS定位單元包括GPS控制電路、GPS模塊，GPS控制電路與GPS模塊雙向通訊；無線傳輸單元包括GPRS控制電路、GPRS模塊，GPRS控制電路與GPRS模塊雙向通訊；中央微處理器的兩個輸出端分別與GPS控制電路、GPRS控制電路電連接。
3.如權(quán)利要求I所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，所述光電檢測接口，包括反應(yīng)池、遮光上蓋、反應(yīng)杯；反應(yīng)池為桶狀，反應(yīng)杯置于反應(yīng)池腔內(nèi)，遮光上蓋與反應(yīng)池上端相適配，可分離的避光式固連； 反應(yīng)池側(cè)壁中部周圓上設(shè)有兩個正對的通孔，二通孔內(nèi)分別固接激光二極管、光電探測器，光電探測器在激光器二極管的光路上；距底部3/4處開有第三通孔，第三通孔中固接溫度檢測模塊； 反應(yīng)杯由透明材料制作，使激光器二極管的光路穿過。
4.如權(quán)利要求3所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，所述遮光上蓋側(cè)壁厚度大于反應(yīng)池側(cè)壁厚度，遮光上蓋下端頭周圓上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)壁與反應(yīng)池上端頭外形相適配，兩者卡固連接，使外界光線無法進入；遮光上蓋、反應(yīng)池用不透明的金屬材料制作。
5.如權(quán)利要求3所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，所述反應(yīng)杯用玻璃材料制作，上口設(shè)有反應(yīng)杯蓋。
6.如權(quán)利要求3所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，所述光電檢測接口，其反應(yīng)池與激光器二極管、光電探測器、溫度檢測模塊集成為一個模塊。
7.如權(quán)利要求I所述的便攜式磷酸鹽檢測裝置，其特征在于，流程為 a)制作磷酸鹽濃度與光強對應(yīng)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線，備用； b)將待檢測樣品置于反應(yīng)杯中，放到反應(yīng)池內(nèi)腔中，蓋上遮光上蓋； c)通電，通過鍵盤輸入，指令中央微處理器啟動激光器二極管發(fā)射激光，照射反應(yīng)杯中待檢測樣品； d)待光強穩(wěn)定后，用光電探測器檢測透射光強，并將所得數(shù)據(jù)存儲于中央微處理器的內(nèi)存中； e)斷電暫停，取出反應(yīng)杯，將反應(yīng)試劑加入反應(yīng)杯中的待檢測樣品，蓋上遮光上蓋，反應(yīng)試劑開始和待測樣品中的磷酸鹽反應(yīng)； f)通電，通過鍵盤輸入，指令中央微處理器啟動溫度檢測模塊，采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)； g)根據(jù)f)步所得環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，將其與25°C進行比較，依據(jù)比較結(jié)果，調(diào)節(jié)反應(yīng)時間的長短；h)達到g)步確定的反應(yīng)時間，反應(yīng)結(jié)束后，中央微處理器啟動激光器二極管發(fā)射激光，再次照射反應(yīng)杯中反應(yīng)過的待檢測樣品； i)再次用光電探測器檢測透射光強，并將所得數(shù)據(jù)存儲；將兩次檢測的光強數(shù)據(jù)結(jié)果進行對數(shù)計算得到光度值，結(jié)合a)步的磷酸鹽濃度與光強對應(yīng)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線進行對比，確定磷酸鹽濃度；然后，通過GPS定位單元定位，獲得位置信息； j)將磷酸鹽濃度和 獲得的位置信息，經(jīng)無線傳輸單元傳輸給數(shù)據(jù)終端； k)磷酸鹽濃度和獲得的位置信息或通過數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳到上位機中進行運算和保存。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有GPS定位和無線傳輸功能的便攜式磷酸鹽檢測裝置，涉及水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，基于鉬銻抗分光光度法，采用單色光源和高分辨率光電檢測元件實現(xiàn)了對磷酸鹽的快速定量檢測。其中裝置包括光電檢測單元、溫度檢測單元、GPS定位單元和無線傳輸單元。本發(fā)明裝置適于野外檢測，因此增加了溫度檢測模塊，用于檢測現(xiàn)場環(huán)境溫度，根據(jù)已有的經(jīng)驗公式，動態(tài)調(diào)節(jié)反應(yīng)時間以消除環(huán)境溫度變化造成的誤差，保證檢測結(jié)果的一致性，同時本發(fā)明裝置可以進行GPS現(xiàn)場定位，檢測結(jié)果及位置信息通過GPRS模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端進行處理。
文檔編號G08C17/02GK102879342SQ20111019619
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者劉軍濤, 蔡新霞, 劉曉紅, 羅金平, 黃一清, 周帥 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所