基于mcu和cpld2ffpga的pna值智能检测系统研制

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1、-------第1章前言第1章前言1.1课题分析的目的和意义本文分析工作得到河南省科技攻关计划项目“智能pNa-Na+检测仪”的资助。工业用水水质处理中的硬水软化通常采用阳离子交换树脂将硬水中的Ca2+、Mg2+交换为Na+，从而达到软化的目的。在软化过程中，阳离子交换树脂 是否失效、失效后的阳离子交换树脂在盐水（NaCl）中浸泡是否得以恢复，可否重新使用等问题的解决取决于对水溶液中的钠离子活度的准确检测。随着现代化的工业生产向大型、高效、快速的方向发展和自动化程度的提高，工业pNa检测系统的应用领域和需求量也日益扩大。目前工业pNa检测系统已广

2、泛地应用于石油、化工、钢铁、电力、食品、酿造、制药、纺织、制革、造纸、印染、水处理和锅炉系统等各个工业部门[1-3]，工业pNa检测系统将成为上述 工业部门中pNa检测所必不可少的有效工具。另外，许多工业废水的pNa值变化很大，为保证废水处理效果，特别是鉴于 后续物理化学处理过程或生物处理过程的需要，废水pNa值通常需要调整到一定 范围内。目前，国内外已有一些对pNa值检测的分析[4-6]，但工业上应用的pNa值检测技术及方案都是从其他领域照搬过来的，真正针对工业用水处理特点开发的自动检测系统很少。本文分析的“基于MCU和CPLD/FPGA的pN

3、a值智能检测系统”，针对pNa检测过程自动化水平低、快速性差、检测精度不高的难题，提出了一种由模糊控制pNa检测过程的新方法，并在单片机和CPLD/FPGA上实现了计算机自动检测系统。该检测系统具有较高的自动化程度和检测精度，且使用方便、实时性好、界面友好、价格便宜，可以替代进口产品，可广泛适用于工业锅炉的水质测定、高纯水的水质监督、天然水水质分析等场合。由于pNa检测系统的应用范围广泛，需求量大，一旦此项技术形成产品，其市场是非常广阔的，经济效益是不可估量的。另外，与国外同类技术相比，本项目技术形成的产品价格低，性能又接近于国际先进水平，故容易

4、打入国际市场，其经济效益也是不可估量的。对一个电厂高纯水的品质监督系统来说，采用高精-----------度的智能pNa检测系统取代基于传统技术的pNa检测系统，使其产品的废品率1-----------河南科技大学硕士学位论文降低，经济效益明显上升。若全国大部分用户都采用此项技术，则经济效益是巨大的，意义是深远的。1.1pNa值检测技术的分析现状pNa值概念自提出到如今已有九十多年的历史，pNa值的检测也经过了几次重大的变革[7-9]。在酸碱滴定法的基础上其中以电位测量法、pNa计和玻璃电极的使用影响最为深远。70年代以来由于受离子选择电极产生及

5、其应用技术的影响，以及微型计算机、新型技术元件在pNa仪器设计制造中的广泛应用，使得pNa仪器品种迅速增加，技术水平也进一步提高。电子技术飞速发展，也提高了仪器的性能和自动化程度。对pNa检测的分析国外早在50-60年代就已经开始了，如Shinskey[10]对pNa检测作了较详细的描述，AStrom.K.J.[11]进行了自适应检测控制分析。我国在智能仪器仪表的发展上远落后于日本、欧美等发达国家。像上海宝钢、北京首钢这样的一些大型企业所使用的成千上万台检测仪表，绝大多数依靠进口，而国内新建的大型电厂所使用的仪表，则几乎全部是进口的，其中包括各类

6、型的化学分析仪表，如pNa检测仪表等。另外，国内电极制造技术也相对落后且发展缓慢，国内的主要电极生产厂家，如上海电光器件厂、上海雷磁仪器厂所生产的复合电极主要仍应用于实验室分析，而无法用于工业现场，其温度范围为60℃，使用寿命也仅为1年。目前国内虽有企业引进德国E+H公司技术生产出新的复合电极，使用范围扩大了，但寿命仍不及国外产品。传感技术的落后，导致检测技术的相应落后。截至目前为止，国内从事水质pNa参数监测成套设备生产的厂家极少。我 国最早生产pNa计检测仪器的上海雷磁仪器厂，曾经生产在线式pNa值监测仪器；北京市水环境监测中心与北京市水电科

7、学分析院自动化所联合研制了“北京市地下水和地表水水质自动监测网络”；其它省、市的环境监测部门也逐渐将城市水质参数与污水流量监测网络列入近期实施计划内。但是，迄今为止，还没有一种普遍适用于基层水环境实时监测与评判的pNa仪器设备在国内生产。国家 当前也鼓励发展环境监测pNa仪器设备，因此研制一种pNa参数的检测仪器具有广泛的市场价值和重要的现实意义。以微计算机与微电子技术和人工智能技术为基础的现代智能仪器仪表的出现在一定程度上弥补了工业用水处理设备上的不足。借助于多种分析测试程序，现代化学分析仪表实现了传统分析测试仪表所无法实现的大量功能，并可自动

8、校正-----------2-----------第1章前言和故障自诊，有效地提高了仪器的分析速度和分析精度。智能化仪器仪表在美 国、西