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基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究

2023-11-30 16:06:49 精訊暢通

隨著城市化進程的加速,環(huán)境污染已成為人們關(guān)注的重要問題。其中,一氧化碳是一種常見的有害氣體,對人類和環(huán)境都有較大的影響。因此,如何準(zhǔn)確、及時地監(jiān)測一氧化碳的含量成為一個日益重要的課題。本文主要介紹基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究。

一、傳感器原理簡介

電化學(xué)傳感器是利用化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收的電荷來檢測氣體成份的裝置。而基于一氧化碳電化學(xué)傳感器,其檢測原理是利用一氧化碳在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生電流信號,通過電流信號大小可間接衡量一氧化碳的濃度。由于傳感器所具有的易制備、靈敏、快速響應(yīng)等優(yōu)點,因此成為了目前最主流的一氧化碳檢測傳感器之一。

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二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)由多個組成部分組合而成,系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計需要滿足可靠性、實用性、堅固性等多重要求。

傳感器是環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分,其主要應(yīng)用于檢測一氧化碳的濃度。而在傳感器周圍還需要配備檢測環(huán)境中相應(yīng)物質(zhì)濃度的其他傳感器(如二氧化碳、甲醛、PM2.5等)以保證系統(tǒng)總體準(zhǔn)確度和精度。這些傳感器由微控制單元(MCU)進行控制,實時、連續(xù)地收集各種傳感器的數(shù)據(jù),并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號通過通訊模塊輸出給上位計算機。

上位計算機可查看各個傳感器獲取的數(shù)據(jù)進而生成相關(guān)的畫面。例如,可以將整個環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)傳輸至虛擬地圖上,以直觀地呈現(xiàn)污染區(qū)域;或者利用人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理,通過與歷史數(shù)據(jù)比較,預(yù)測出未來可能會產(chǎn)生哪些污染情況,有針對性地制定治理措施,實現(xiàn)污染防控目的。


三、系統(tǒng)實現(xiàn)方法

本系統(tǒng)實現(xiàn)采用基于Arduino開發(fā)板設(shè)計思路,具體步驟如下:

1.利用Altium Designer軟件設(shè)計傳感器測量模塊電路圖和PCB不良原理圖,生成相應(yīng)的Gerber文件并于雙層鉆孔板上完成電路焊接組裝。

2.在傳感器周圍配置Wi-Fi通訊模塊,以實現(xiàn)與上位計算機之間的數(shù)據(jù)通信渠道建立。

3.開發(fā)基于STM32F030C8T6單片機的水平放置電路板(PCB)和交互式操作面板,處理監(jiān)測環(huán)境中各個物質(zhì)的電壓與電流值數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳送給WiFi通信模塊,隨后發(fā)送至上位計算機進行分品列表格及曲線展示并儲存如阿里云平臺上。

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四、研究結(jié)果和總結(jié)

本文介紹了基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計思路。該系統(tǒng)由多個部分組成,在滿足高準(zhǔn)確性的同時,具有良好的實用性和可靠性。研究結(jié)果表明,該系統(tǒng)可實現(xiàn)有效地檢測和記錄一氧化碳濃度,客觀反映當(dāng)前空氣質(zhì)量情況,可望為城市污染管理提供重要的技術(shù)支持和開發(fā)提供重要參考。


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