基于电化学的饮水机水质监测报警器设计(毕业论文毕业设计)(编辑修改稿)

基于电化学的饮水机水质监测报警器设计(毕业论文毕业设计)(编辑修改稿)内容摘要：

................................ 23 应用方框图 ..................................................................................... 25 管脚描述 ......................................................................................... 25 电气参数 ......................................................................................... 27 音频输出线路设计 ......................................................................... 28 4 主要部件选型及参数 ......................................................................................... 29 芯片 ........................................................................................................... 29 电阻 ........................................................................................................... 29 晶振的选择 ............................................................................................... 29 三极管的选择 ........................................................................................... 29 5 实物部件的组装 .................................................................................................. 30 iv 结论 ......................................................................................................................... 33 致谢 ......................................................................................................................... 36 参考文献 ................................................................................................................. 36 附录 ......................................................................................................................... 37 1 1 绪论 生活饮用水水质与人们的身体健康和日常生活紧密相关。 由于水厂水源受到污染，许多出厂水水质不能达到国家生活饮用水水质标准。 研究表明，常规净水工艺不能去除原水致突变物，而且加氯 处理后，其出厂水的致突变阳性率经常高于未经处理的原水。 水净化工艺越来越受到人们的重视，而大规模改造现有水厂的生产工艺从经济上尚不可行。 在这种背景下，膜分离技术应运而生，特别是对水中日益增多的致病微生物与有毒有害的有机物等限值的严格要求，使得膜技术在饮用水处理中的应用越来越广泛。 膜工艺制备饮用水技术概述 饮用水制备技术的发展历程早在 3000 年前的印度和中国，就有利用过滤来改善饮用水水质的记录。 总的来说，水质问题的发展经历了 3 个阶段：第一阶段，致病菌如伤寒杆菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌等病菌的介水传染问题，从 1908 年采用加氯消毒后基本得以解决；第二阶段，重金属如汞、镉等的污染问题，通过多种方法治理工业污水而得以解决；第三阶段，即当前阶段，有机物对水的污染问题，在有机物污染中可能存在致害物、致突变物、致畸物 目前，去除饮用水中“三致”废水最有效的技术即为膜法，膜技术按照过滤精度分主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透技术。 随着科学技术的高速发展，人们的生活水平和质量也在不断提高，饮用水 —这个维持生命第一要素已经由原来的自来水厂漂白粉消毒处理，甚至河水，雨水的简单沉淀后，改造为高度净化的纯净水和富含人体所需微量元素的矿 泉水。 众所周知，美国宇航局计划投资 亿美元建造太空厕所，这费用实在高的离谱。 尽管标价昂贵但厕所并非纯金制造，知识有一个很别致的功能 —— 可以把尿液转化为饮用水。 其昂贵的制水过程不仅能把尿液过滤成水，而且能从湿毛巾中吸渗出可饮用的水分，美国宇航局官员表示，这种转换水比美国的自来水更洁净。 这其中用到的最重要的一项技术就是现在流行的膜过滤技术。 在当今生活中，膜过滤技术一般用于家用饮水机或者工厂，水净化工艺越来越受到人们的重视，而大规模改造现有水厂的生产工艺从经济上尚不可行。 在这种背景下水过滤技术应用而生，在我 国直饮水机主要靠过滤实现，其工艺过程包括前置超滤膜、食用级阳离子交换树脂、发丝活性炭、能量活水素、 颗粒椰壳活 2 性炭 、 后置超滤膜 、 液体激活器 几个过程。 但是一旦时间太久过滤网就会失去作用，无法完成有效的过滤过程，这样水质就会变坏，如果人们无法察觉这种变坏就会给人们健康生活带来问题。 在国外这种水质时时报警系统发展比较早，现在已趋于成熟。 但是在国内起步较晚，而这种应用于饮水机的时时报警系统上未普遍应用。 国外水质安全性评价体系及方法 世界范围内具有代表性的水质标准有三部：世界卫生组织（ WHO）的《饮用水水质准则》、 欧盟 (EC)的《饮用水指令》以及美国环保局（ USEPA）的《国家饮用水水质标准》。 其他国家或地区的饮用水标准大都以这三种标准为基础或重要参考，来制定本国国家标准。 对于水质安全性的评价，首先是确定影响水质安全性的污染物的目标浓度限值。 目前，在水中已经发现了 20xx 多种类别的化学污染物，在饮用水中已鉴别出数百种污染物，但是不可能对饮用水中鉴别出的每种化合物都制定标准限值。 这不仅是因为没有足够的科学资料制定如此多的标准，更是由于没有必要。 应从实际出发，选择一定数量的指标确定标准限值。 制定标准限值是 以现场调查和科学研究资料为依据。 如果科学依据不充分，就无法制定限值， 即使是客观上需要的限值，也只能暂不纳入标准。 对于饮用水中已检出的低浓度污染物，甚至低于检出限，并且不能经常检出，就没有必要制定限值。 只有当污染物含量达到一定水平，有造成危害的可能性，而且检出频率高时，才有制定限值、进行检测的必要性。 对于在饮用水中经常检出，并含有一定浓度的化学物质，当其具有明显卫生学意义时，应列入需要优先确定限值的物质名单。 为使制定的限值具有可行性，在饮用水中已存在的化学物质浓度范围也是确定限值数值时必须考虑的关键因素。 对 化学物质进行危险度评价所需资料主要有两 方面来源，一是人群流行病学调查，二是动物的毒理学实验研究。 科学的人群流行病学调查可提供最有价值的资料，为制定化学物质限值提供最直接的依据。 动物实验研究是在严格控制的条件下进行的，可获得明确的剂量 —— 反应关系，是安全性定量评价的重要基础资料，也是制定限值的主要科学依据。 为了确 3 保饮用水水质安全，必须进行经常性的水质监测以及在特定情况下的水质检验，从而基于标准限值评价饮用水的安全性。 如果没有可行的检验方法，就无法了解饮用水中污染物特别是化学物质的污染水平，因而无法进行安全性 评价。 所以只有对已经具有可行检验方法的物质才能纳入标准。 另一方面，随着水质标准不断提高，相应地，对于水质监测技术的要求越来越高。 这种要求引起了两个不同方向的发展： （ 1）对于仪器方法的精度、准确度，尤其检出限要求越来越高，因为随着水质标准提高， 水质指标浓度越来越低，对于原来仪器方法的检出限值提出了挑战，促进仪器进一步改进发展，提高灵敏度和检出限。 （ 2）对于仪器方法的监测速度提出了更高的要求，原因是新的水质标准对于水质合格的保证率要求日益提高，需要提高监测技术的速率和频率，保证水质合格率达到规定的要求。 这 种要求促进监测技术在两个方面提高监测速度，一方面是提高原有仪器方法的分析检测速度，大大缩短监测时间；另一方面是促进了仪器小型化和在线化，大量的在线监测分析技术和仪器产品得到了开发应用。 国内净化水情况 国新的《生活饮用水卫生标准》结合我国的国情与实际而制定，体现国际先进水平的要求，也具有可操作性。 此次标准的修订，在我国城市供水水质现状和多 年 积 累 资 料 的基础上，吸取 了 国外水质标准的先进性和科学性，比较符合我国目前的发展需要。 在整体指标结构和数 量 方面，已经基本接近世界先进水平（见表 1）。 水质标准的发展趋势 研 究比较各国水质标准的发展过程，对微生物、消毒剂及其副产物对人体的影响越来越重视，对指标的规定在越来越全面严格的同时也充分结合实际情况考虑其合 理 性和科学性这两点应该是未来水质标准的发展趋势。 对现 行 饮用水水质标准的思考 一个标准体系的好坏 不 以其指标多少及严格程 度 来确定，应结合实施地区、实施时间段等多方面因素考虑。 水质标准包括各指标参数值的选择确定方法、整个标准系统的建 立 等相关的丰富内容。 同时还应具备完善的标准修订系统，每隔 4 一定时间对现 行 指标和指标值进 行 修订，以使其能够及时适应各种变化。 最后要增强指标体系的可操 作性，避免以实验室所能达到的最低限 度 作为标准而使常规供水机构无法实现。 过滤积淀需要及时更换，有多级过滤的饮水机，其纤维过滤级最多一季度就要更换，反渗透膜也需 2 年左右更换，当然用水量大，更需缩短更换间隔时间，否则，“处理”的水，不是标准的，且对人的健康损害更大，及时更换是有成本的，何时更换即使水达到标准范围内，又恰到好处节省成本，就需要实时检测水质变化情况，本课题项目就是基于此目的，采取电导率监测水质，应用单片机技术和语音芯片技术，研制一种小装置附带给量大面广的饮用水处理领域和家庭饮水机，达到自己学以致用， 造福人民大众之微薄奉献。 本论文是研制总结对信号输入原理，单片机 AY89C2051 原理，语音芯片原理进行阐述，对装置原理、电路简捷的设计以达到推广普及应用的愿望。 5 2 水质监测报警器总体设计方案 装置原理及功能说明 该水质监测报警器电路是由电极作为信号的采集，由 LM339 电压比较器进行电信号的比较，由 AT89C2051 单片机进行数据处理，经语音芯片进行语音的控制，再由扬声器进行报警。 可由 USB 接口供电，也可外接 5V 直流电源或三个干电池作为装置的能源输入。 当水质变坏单 片机驱动发光二极管发出报警，再由语音芯片驱动扬声器发出音频报警。 图 为设计的电气原理图。 电化学（ Electrochemistry）， 电池 由两个 电极 和 电极 之间的 电解质 构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：一是 电解质 的研究，即 电解质 学 ，其中包括 电解质 的导电性质、 离子 的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中 电解质 溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论；另一 方面是 电极 的研究，即 电极学，其中包括 电极 的平衡性质和通电后的极化性质，也就是 电极 和 电解质 界面上的电化学行为。 由于电化学以上两方面特性，常常被用于液体中微量元素的精确检测，电导率检测水质就是目前在水处理领域得到普遍应用的成熟技术，以下为电导率监测的方法和原理。 溶解于水的酸、碱、盐电解质，在溶液中解离出正、负离子，使电解质溶液具有导电能力，其导电能力大小可用 电导率表示。 电解质溶液的电导率，通常是用两个金属片（即电极）插入溶液中，测量两极间电阻率大小来确定。 电导率是电阻率的倒数。 其定义是截面积 1cm2，极间距离为 1cm 时，该溶液的电导。 电导率的单位为西每厘米（ /scm ）。 在水分析中用它的百万分之一即微西每厘米μ s/cm表示水的电导率。 电导电极（简称电极）：实验室常用的电导电极为白金电极或铂黑电极。 每一电极有各自的电导池常数，分别下列三类：即 以下， ～ 及 ～ 10。 由于电导是电阻的倒数，因此，当两 个电极 (通常为铂电极或铂黑电极 )插入溶液中，可以测出两电极间的电阻 R。 根据欧姆定律，温度一定时，这个电阻 6 值与电极的间距 L(cm)成正比，与电极截面积 A(cm2)成反比，即： R＝ ρL/A （公式 ） 由于电极面积 A 与间距。