从传感器和平台端入手，打造清洁水源守护者
来源:亚德诺半导体发布时间:2022-12-23689浏览
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2022年年初，国务院印发“十四五”节能减排综合工作方案的通知，要求持续打好长江保护修复攻坚战：到2025年，长江流域总体水质保持为优，干流水质稳定达到Ⅱ类；着力打好黄河生态保护治理攻坚战，加强重要支流污染治理，开展入河排污口排查整治，到2025年，黄河干流上中游水质达到Ⅱ类……
江河资源的保护与修复，环境监测是其中重要一环，而其中特别是水质监测无处不在。无论是发展中国家还是欧美发达国家，同样也存在对于水质监测或者气体监测的一些需求。除了环境监测，在城市污水处理，土壤监测等很多环节，也少不了水质监测。
常见的城市污水处理流程示意图
从事水质检测或者水处理这个行业的朋友，对这张框图应该非常熟悉，其中核心的设备包含很多的机械设备，还有一些沉淀池，是真正的一些大型设备。除了大型设备之外，其中有一个电子设备很关键——结合传感器、通讯模块，实现对水质监测、分析和报告的水质监测设备。
基于ADuCM355平台的水质监测演示系统
水质监测的传感方案选择及考量
作为水质监测设备的关键部分，就传感器而言需要在设计中融合各因素考虑，例如传感器本身的稳定性、鲁棒性或寿命问题，以及考虑安装售后服务的成本等。此外，从测量或信号处理的角度看，可信度、一致性、功耗也是在产品设计过程中都需要考量的一些问题。
光学水质监测传感方案优劣势分析
基于光的传感器产品有很多的优势，例如非破坏性、非接触式、精度高、更低的温漂特性以及对校准的要求也非常低，后期维护需求也少。
CN0503 参考设计旨在使用ADPD4101快速制作液体分析测量原型，采用ADPD4101作为核心产品，但增加了四条模块化光路，以及测量固件和应用软件，用于实施液体分析。CN0503直接连接至ADICUP3029板，用于管理测量例程和数据流。ADICUP3029板可以直接连接至笔记本电脑，以查看评估GUI中的结果。CN0503可以测量荧光、浊度、吸光度和色度。样品在比色皿中制备，并放置在3D打印的比色皿支架中，支架中装有光学元件，包括一个透镜和分束器。将比色皿支架插入适当的光路，以进行即插即用测量。此外，LED和光电二极管卡可以切换，以实现更大程度的自定义。
具有传感器接口的多参数水质监测平台方案传感器信号的接收和数据解读是水质监测应用的关键部分，包括对数据的处理、显示、数据服务和应用服务等。此外，连接的通讯问题、智慧节点的需求，或者边缘计算的需求，都需要在水质监测解决方案中得以实现。这里介绍ADI的低功耗全集成的电化学水质检测平台性产品——ADuCM355。
基于ADuCM355的水质监测系统简化框图
信号经过两个环路（低带宽环路或高带宽环路），它最终都是把模拟的信号链传输到后端信号处理，通过开关的切换到信号调制电路，经过PGA信号放大然后经过滤波最后再到一个16位ADC处理。该平台的另外一个比较关键的环节，就是集成的一个低功耗Arm Cortex-M3处理器，用于管理各个内部的模拟前端，同时提供一些对外的窗口，和这些处理器内部可以运行一些算法。
通过ADuCM355的架构分析，它基本上是一个全集成的方案，将现在市面上所看到的一些标准方案做了全部的集成，并且提升了性能。同时这个芯片本身体积非常小，非常适合小尺寸的设计。基于ADuCM355平台，可以同时连接多个电极并通过对状态机编程循环测量多个参数，可通过单个平台实现五个参数的监控测量，包括TEM（温度）、DO（溶解氧）、EC（电导率）、pH和浊度。
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