目录1.绪论 (1)1.1背景 (1)1.2现状 (2)2.系统总体设计 (5)2.1系统测量的基本原理 (5)2.2系统总体结构 (6)3.系统硬件设计 (9)3.1光源系统 (9)3.2调制器的设计 (10)3.3 红外滤光片的选择 (13)3.4 液体池 (13)3.5 红外传感器的设计 (13)3.5.1 红外传感器类型 (14)3.5.2 红外传感器主要性能指标 (14)3.5.3 硒化铅(Pbse)光电导探测器的选择 (16)3.6信号检测电路 (16)3.6.1 前置放大电路 (17)3.6.2带通滤波电路设计 (17)3.6.3相敏检测电路设计 (18)3.7 单片机系统设计 (20)3.7.1 单片机系统总体设计 (20)3.7.2 A/D转换电路设计 (21)3.7.3实时时钟电路设计 (23)3.7.4看门狗、存储器电路设计 (24)3.7.5人机接口电路设计 (25)3.7.6串行通信接口电路设计 (27)3.8电源电路设计 (27)4软件的设计与实现 (29)4.1系统程序设计概述 (29)4.2单片机程序设计 (29)4.2.1主程序 (30)4.2.2数据采集程序设计 (30)4.2.3时钟读取程序设计 (34)4.2.4数据存储程序设计 (35)4.2.5显示和打印程序设计 (39)4.3上位机程序设计 (42)VB 6.0的MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备(如Modem)、还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全双工的、事件驱动的、高效实用的通信程序。

(43)4.3.1 MSComm控件的主要属性及事件 (43)4.3.2用MSComm控件进行串口通信一般步骤 (43)4.3.3 MSComm控件通信方式的选择 (44)4.3.4通信协议 (44)4.3.5通信程序 (44)结论与展望 (46)致谢 (47)参考文献 (47)附录 (48)科技文章摘译 (48)1.绪论1.1背景水资源是人类社会的宝贵财富，在生活、L农业生产中是不可缺少的。

随着世界人口的增长及工农业生产的发展，需水量也在日益增长，水已经变得比以往任何时候都要珍贵。

但是，由于人类的生产和生活，导致水体的污染，水质恶化，使有限的水资源更加紧张。

例如，山东省淄博石汕类污染严重，日供水量51万 3m特大型水源地面临报废。

随着水资源的日益匾乏及水污染的口益严重，人类的环保意识日益加强，保护水资源已成为社会各界日益关注的问题。

党中央、国务院领导给予高度重视。

温家宝同志在2000年7月11日中国可持续发展水资源战略研究成果汇报会上指出:“水污染问题越来越严重，给生态环境和人们健康带来极大危害，也加剧了水资源的短缺，要痛下决心治理水污染。

”胡锦涛总书记在2003年中央人口资源环境座谈会上指出:“「大力气解决水资源不足和水污染问题。

治理水污染必须当机立断，不能再有丝毫的迟疑。

”《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国水污染防治法》明确规定，国家保护水资源，防止地下水污染。

长期以来，油(石油类物质和动植物油)对江河湖海的污染一直是重要的水污染源。

石油类物质是能溶解于四氯化碳而不能被硅酸镁吸附的一类有机物，其中包括正己烷、苯、多环芳烃、荧火剂等。

石油类物质对人的消化系统有危害，可导致急性中毒、严重腹泻洞时还能引起手脚麻痹，头晕，昏迷，神经紊乱等症状，对人的血液、免疫系统、肺、皮肤和眼睛等也有一定的毒害作用。

此外石油类物质中的多环芳烃、荧火剂等物质对人体有致畸、致癌作用。

如果有较多的石汕类物质漂浮于水体表面，将影响空气与水体界面氧的交换;分散在水中、吸附在悬浮微粒上或以乳化状态存在于水中的油则可被生物氧化分解.消耗水中的溶解氧，使水质恶化，严重破坏水体生态平衡。

石油类物质对土壤污染的后果也极为严重。

目前，世界有大量地下储油仓库，在石油类物质的使用和运输过程中，也难免会有泄漏的矿物油渗入土壤。

据美国环境保护署(EPA)估计，在美国约有3-5百万个地卜化学物质和石油储存仓库，每年平均大约有 1%的仓库会发生泄漏，严重影响地表水和地下水的质量，对人的身体健康带来极大危害。

随着石油的大量开采和广泛使用，石油类物质对水体和土壤的污染己成为一个越来越严重的问题。

各国都加强了石油类物质对水体和土壤的污染的治理。

然而，只有清楚水中有什么，是什么造成的污染。

才能对其进行处理。

以前，我国不对水中油含量这个指标进行检测，为了了解污染的程度，制定相应的治理措施必须要进行水中油含量的检测。

检测水中油含量是控制油污染，掌握水质变化，是保护水资源的必不可缺的手段。

关于水中油含量的检测，传统的方法是利用单一的分光光度计法来测量，测量结果再经换算，才可得到被测物质的浓度，但这种方法操作过程繁琐，容易引入误差，且不能现场作业。

由于我国目前检测手段落后，与国际先进水平存在差距，所以难以满足当今技术水平的要求。

为了取得具有代表性的正确数据，使分析数据具有与现代测试技术水平相应的准确性和先进性，不断提高分析成果的可比性和应用效果，检测的方法和仪器是非常重要的。

只有保证了这两方面才能保证快速和准确的测量出水中矿物油和动植物油的污染物含量，以达到保护和治理水污染的目的。

开展水中油污染检测方法、技术和检测设备的研究，是提高水污染检测的一条重要措施。

通过本项目的研究，探索出一套适合我国国情的水质污染现场检测技术和检测设备，具有广泛的应用前景和科学研究价值。

因此，开展水中油类污染检测技术研究，不仅可以满足国家科学制定水资源开发、利用与保护规划，保障国家水安全、粮食安全、生态环境安全的迫切需要;适应国家制定区域经济发展规划、城市化发展规划、生态环境保护建设规划的迫切需要;实现防病改水，脱贫致富，保障人民群众身体健康，全面实现建设小康社会宏伟目标的迫切需要;也是贯彻落实中央领导指示精神、维护国家法律尊严、实行和谐社会思想的具体体现，具有重要的社会和经济价值。

1.2现状水体和土壤中矿物油的检测已引起各国环保部门的高度重视，各种检测方法和仪器相继问世，其中:重量法是用有机萃取剂 (石油醚或正己烷)提取酸化了的样品中的油类，萃取剂通过氧化铝柱 (或佛罗里硅藻土)除去动植物油类，将溶剂蒸发掉，称重后计算石油类含量。

重量法的测定下限为10 mg/L，适合于工业废水的测定。

缺点是损失了沸点低于提取剂的石油组分，方法操作繁琐，灵敏度低，不适于环境水质和大批量样品的测定;紫外分光光度法是利用石油及其产品中芳香族化合物和含共扼双键化合物在215.260nm紫外区的特征吸收测定石油类含量。

测定范围为0.05^-50 mg/L。

由于各种物质的紫外吸收强度差异较大，对于组成变化较大的工业废水和成分复杂的环境水体，采用紫外分光光度法，数据可比性和准确性都较差，因此国外己不再使用。

我国过去主要以紫外法为主，现也已基本淘汰;荧光分光光度法的测定原理为根据有机物吸收紫外光后发射出的荧光强度定量。

同紫外法一样，产生荧光的物质主要为芳香族化合物和含共扼双键化合物。

由于不同物质的荧光发射强度差异很大，测定结果受水中油品组成影响较大，其物理意义为物质的荧光强度。

但由于海洋监测关注的是难降解的芳烃类石油，故在我国海水监测中仍在使用。

由于测定方法长期没有得到统一，因此一直存在方法与方法之间，以及数据之间的不可比性，从而影响了判断油污染的准确性。

目前，国家环保总局已经颁发GB/T16488-19%文件，将红外光度法确定为油类物质测定的标准方法。

红外光度法包括红外分光光度法和非分散红外光度法两个部分。

红外分光光度法是利用石油中的主要成分甲基(-CHs )、亚甲基(-CH2 )、芳香烃(Ar-H )等分别在3.413, 3.378, 3.300 1j m处存在伸缩振动，同时或顺序检测在上述三处波长处的红外吸收，从而测得油中甲基、亚甲基、芳烃的含量。

其优点是能全面检测碳氢链的伸缩振动，准确测得油的总含量:缺点是需要用溶液萃取，萃取过程中难免会有少量挥发性有机物质丢失。

非分散红外光度法(Non-Dispersive Infrared简称NDIR)利用油中烷烃的一CH3、-CH2在近红外区((3.4009m)附近存在仲缩振动吸收带，因而利用可3.400 p m左右的单一波长进行测定。

此方法适用于样品中芳香烃含量不高的情形。

该方法为美国环境保护署对十壤和水中汕的测量的标准方法。

早在 1975年 Dille等就建立了以该方法为基础的油测试方法和水中油监测装W e 1976年，,Iwamoto等也建立了以该方法为基础的水中油浓度监测装置。

1985年，Iwashita 等在Iwamoto工作的基础上建立了在其它液相，特别是水相中油的监测装置，该装置包括萃取装置、萃取溶液分离装置、非色散红外测油仪等。

1993年，Lopez-Avila等采用超临界流体萃取与该方法联用，研究了土壤中油的测定。

1998年，冯建勋报道了以四氯化碳为萃取剂在3.420 N m处检测水中微量油01999年，Wilks等用自制的测油用非分散红外吸收仪检测土壤和水体中的矿物油和动植物油，结果令人满意。

非分散红外光度法测量油的优点是，仪器结构简单，测量具有较好的重现性;缺点是仅能检测矿物汕中的直链烷烃或环烷烃，不能检测苯系物，从而影响了数据的代表性，且萃取、分离等样品预处理工作较复杂。

从结构上看，NDIR测油仪有以下三种类型:P11) 对红外具有选择性吸收的光声气动检测器(充气电容检测器)为核心的NDIR测油仪。

在以光声气动检测器为核心的测油仪中，仪器的光学特性是由检测器内所充气体的性质、纯度和密度所决定。

以前在设计上只考虑到所检测油份中的CH:和CH3基团，检测器中充填在3.41 pm左右有特征吸收的正己烷或丙烷气体;为了同时兼顾仪器整机的灵敏度，要适当控制所充气体的密度。

由于高纯气体的配气、充气和密封工艺难度较大，微量的不纯物质造成透过峰波形的外延，使临近波段上有特征吸收的成分干扰测定，这是我们所不希望的。

2) 以窄带红外干涉滤光片和半导体红外探测器为仪器核心部件的NDIR测油仪是目前用户拥有量较多的仪器。

在以窄带红外滤光片为核心的测油仪中，红外滤光片的性能对仪器整机光学特性的影响可在70%以上。

现代真空镀膜技术制造的多腔多次谐振红外干涉滤光片可以接近理想的水平。

然而，红外滤光片的光学特性不能理解为就是仪器整机的光学特性。

仪器红外光源的结构、检测池的窗口材料、池壁光洁度和光程长度、聚焦透镜或红外光导的性能、红外探测器灵敏元尺寸和光学系统的准直以及红外滤光片在光路中的位置等均可影响整机的光学特性。