本发明基于磁振效应的智能重金属离子特异性检测仪，属于基于磁振效应的智能重金属离子特异性检测装置技术领域。
背景技术：
重金属污染是目前最为严峻的环境污染问题之一，重金属污染物进入人体后，因其半排期长，会引起蓄积，在体内超过一定浓度时将严重影响人体正常的新陈代谢，导致各种疾病的发生；我国重金属污染问题尤为突出，重金属污染的控制与治理迫在眉睫，而防治重金属污染其中一项重要的工作就是将排放废水中的重金属物质含量降低或去除，使废水达标排放。
目前常用的去除水中重金属方法主要有：吸附法、化学沉淀法、氧化还原处理法、膜分离法、离子交换处理法等。其中吸附法以其高效、经济、简便、选择性好等优点而被广泛应用，现已开发出多种吸附材料用于去除废水中超标的重金属，如活性炭，工业废弃物，矿物类吸附剂尧生物吸附剂等，但大部分吸附材料都有产生二次污染的缺点，尤其在吸附完成后，吸附剂与废水很难实现快速有效的分离，这一问题也正是工业污水处理中亟待解决的难题之一；而磁性吸附材料的开发使得吸附剂与废水在外磁场作用下实现快速有效的分离成为可能，因而开始得到广泛研究和应用；随着纳米科学的迅速发展，各种各样的磁性纳米材料被成功地合成出来，并开始应用于解决环境污染，如加速污水的凝结、去除放射性核素、吸附有机染料、修复受污染的土壤和地下水等，磁性纳米材料种类很多，其中云藻，纳米颗粒因制备工艺相对简便、价廉、低毒、结构和功能的可预期性、可调控性等优点而被广泛关注。
目前常用的重金属离子检测技术有原子吸收光谱法、电化学阳极溶出法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等，这些方法虽然检测精度和稳定性都较好，但是存在依赖于大型仪器设备、样品处理复杂且时间长等问题，无法满足现场快速检测的需求。
技术实现要素：
本发明为了克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构简单，具备快速检测重金属离子含量的基于磁振效应的智能重金属离子特异性检测仪；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于磁振效应的智能重金属离子特异性检测仪，包括检测端和控制端，所述检测端为笔盖型结构，控制端为笔杆型结构，所述检测端套在控制端的一端；
所述检测端的内部设置有第一振动模块，所述检测端的外壳由磁弹性金属材料制作，所述检测端的外壳表面还设置有一层试纸；
所述控制端的内部设置有第二振动模块、中央控制器、数据存储模块和无线通信模块，所述控制端的外壳表面设置有led显示屏、led指示灯；
所述中央控制器的信号输入端分别与第一振动模块和第二振动模块的输出端相连，所述中央控制器的信号输出端分别与led显示屏、led指示灯相连，所述中央控制器还通过导线分别与数据存储模块、无线通信模块相连；
所述无线通信模块通过无线网络与监控计算机相连；
所述第一振动模块与中央控制器之间还设置有运放跟随模块和直流转换模块，所述第一振动模块依次串接运放跟随模块、直流转换模块后与中央控制器相连。
所述第一振动模块的电路结构为：
所述第一振动模块使用的芯片为频率合成芯片u1，所述中央控制器使用的芯片为中央控制芯片u6；
所述频率合成芯片u1的2脚接地；
所述频率合成芯片u1的3脚并接电阻r1的一端后与频率合成芯片u1的4脚相连，所述电阻r1的另一端接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的5脚接地；
所述频率合成芯片u1的6脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的7脚与中央控制芯片u6的55脚相连；
所述频率合成芯片u1的8脚与中央控制芯片u6的56脚相连；
所述频率合成芯片u1的9脚串接电阻r4后与晶振x1相连；
所述频率合成芯片u1的10脚接地；
所述频率合成芯片u1的11脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的12脚串接电阻r6后接地；
所述频率合成芯片u1的17脚串接电容c1后接地；
所述频率合成芯片u1的18脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的19脚接地；
所述频率合成芯片u1的20脚并接电阻r5的一端后与电容c20的一端相连，所述频率合成芯片u1的21脚并接电阻r3的一端后与电容c17的一端相连，所述电阻r3的另一端并接电阻r5的另一端后接地；
所述频率合成芯片u1的22脚与中央控制芯片u6的58脚相连；
所述频率合成芯片u1的23脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的24脚接地；
所述频率合成芯片u1的25脚与中央控制芯片u6的57脚相连。
所述运放跟随模块的电路结构为：
所述运放跟随模块使用的芯片为运放芯片u2和u3；
所述电容c17的另一端与电阻r25的一端相连，所述电阻r25的另一端并接电阻r23的一端后与运放芯片u2的2脚相连，所述运放芯片u2的3脚并接电阻r27的一端后与电阻r28的一端相连，所述电阻r27的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r28的另一端接地，所述电阻r23的另一端与运放芯片u2的1脚相连，所述运放芯片u2的8脚接3.3v输入电源；
所述运放芯片u2的1脚并接电阻r24的一端、电阻r26的一端后与运放芯片u2的5脚相连，所述电阻r24的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r26的另一端接地；
所述运放芯片u2的6脚并接有极电容c18的正极后与运放芯片u2的7脚相连；
所述电容c20的另一端与电阻r31的一端相连，所述电阻r31的另一端并接电阻r29的一端后与运放芯片u3的2脚相连，所述运放芯片u3的3脚并接电阻r33的一端后与电阻r34的一端相连，所述电阻r33的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r34的另一端接地，所述电阻r29的另一端与运放芯片u3的1脚相连，所述运放芯片u3的8脚接3.3v输入电源；
所述运放芯片u3的1脚并接电阻r30的一端、电阻r32的一端后与运放芯片u3的5脚相连，所述电阻r30的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r32的另一端接地；
所述运放芯片u3的6脚并接有极电容c21的正极后与运放芯片u3的7脚相连。
所述直流转换模块的电路结构为：
所述直流转换模块使用的芯片为有效值转直流芯片u4和u5；
所述有效值转直流芯片u4的1脚与有极电容c18的负极相连；
所述有效值转直流芯片u4的3脚接-5v输入电源；
所述有效值转直流芯片u4的4脚与有极电容c16的负极相连；
所述有效值转直流芯片u4的6脚与中央控制芯片u6的14脚相连；
所述有效值转直流芯片u4的7脚与有效值转直流芯片u4的8脚相连；
所述有效值转直流芯片u4的9脚并接有效值转直流芯片u4的10脚后接地；
所述有效值转直流芯片u4的14脚并接有极电容c16的正极后接5v输入电源；
所述有效值转直流芯片u5的1脚与有极电容c21的负极相连；
所述有效值转直流芯片u5的3脚接-5v输入电源；
所述有效值转直流芯片u5的4脚与有极电容c19的负极相连；
所述有效值转直流芯片u5的6脚与中央控制芯片u6的15脚相连；
所述有效值转直流芯片u5的7脚与有效值转直流芯片u5的8脚相连；
所述有效值转直流芯片u5的9脚并接有效值转直流芯片u5的10脚后接地；
所述有效值转直流芯片u5的14脚并接有极电容c19的正极后接5v输入电源。
所述中央控制器的电路结构为：
所述中央控制芯片u6的16脚与电阻r21的一端相连，所述电阻r21的另一端并接电阻r22的一端后与三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极并接电阻r22的另一端后接地，所述三极管q2的集电极并接二极管d5的正极后与电阻r20的一端相连，所述电阻r20的另一端并接电阻r19的一端后与mos管q1的栅极相连，所述电阻r19的另一端并接mos管q1的源极后与中央控制芯片u6的1脚相连，所述mos管q1的漏极依次串接电阻r18和发光二极管d3后接地；
所述二极管d5的负极并接二极管d4的负极后与电路总开关kpower相连，所述二极管d4的正极与中央控制芯片u6的17脚相连；
所述中央控制芯片u6的5脚并接晶振y1的一端后与电容c7的一端相连，所述中央控制芯片u6的6脚并接晶振y1的另一端后与电容c8的一端相连，所述电容c7的另一端并接电容c8的另一端后接地；
所述中央控制芯片u6的60脚串接电阻r12后接地；
所述中央控制芯片u6的7脚并接电阻r13的一端后与电容c9的一端相连，所述电阻r13的另一端接3.3v输入电源，所述电容c9的另一端接地；
所述中央控制芯片u6的1脚依次并接中央控制芯片u6的32脚、48脚、64脚、19脚、13脚、电容c13的一端、电容c12的一端、电容c11的一端、电容c10的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c13、c12、c11、c10的另一端均接地；
所述中央控制芯片u6的31脚、47脚、63脚、18脚、12脚均接地。
所述频率合成芯片u1的型号为ad9850，所述运放芯片u2和u3的型号为ad8606，所述有效值转直流芯片u4和u5的型号为ad536，所述中央控制芯片u6的型号为stm32f103r6t6。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供一种基于磁振效应的智能重金属离子特异性检测仪装置，在其检测端设置磁弹性金属材料和振动模块对待测液体中重金属离子浓度进行检测，通过计算并显示标准样品和待测样品的的振动频率，得出振动频率的偏移量，进一步定量分析待测溶液的浓度；本发明结构简单，使用方便，数据检测迅速准确，可满足现场快速检测重金属离子浓度的需求，值得推广使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图3为本发明第一振动模块的电路图；
图4为本发明运放跟随模块的电路图；
图5为本发明直流转换模块的电路图；
图6为本发明中央控制器的电路图；
图中：1为检测端、2为控制端、3为第一振动模块、4为第二振动模块、5为中央控制器、6为数据存储模块、7为无线通信模块、8为led显示屏、9为led指示灯、10为监控计算机、11为运放跟随模块、12为直流转换模块。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明基于磁振效应的智能重金属离子特异性检测仪，包括检测端1和控制端2，所述检测端1为笔盖型结构，控制端2为笔杆型结构，所述检测端1套在控制端2的一端；
所述检测端1的内部设置有第一振动模块3，所述检测端1的外壳由磁弹性金属材料制作，所述检测端1的外壳表面还设置有一层试纸；
所述控制端2的内部设置有第二振动模块4、中央控制器5、数据存储模块6和无线通信模块7，所述控制端2的外壳表面设置有led显示屏8、led指示灯9；
所述中央控制器5的信号输入端分别与第一振动模块3和第二振动模块4的输出端相连，所述中央控制器5的信号输出端分别与led显示屏8、led指示灯9相连，所述中央控制器5还通过导线分别与数据存储模块6、无线通信模块7相连；
所述无线通信模块7通过无线网络与监控计算机10相连；
所述第一振动模块3与中央控制器5之间还设置有运放跟随模块11和直流转换模块12，所述第一振动模块3依次串接运放跟随模块11、直流转换模块12后与中央控制器5相连。
所述第一振动模块3的电路结构为：
所述第一振动模块3使用的芯片为频率合成芯片u1，所述中央控制器5使用的芯片为中央控制芯片u6；
所述频率合成芯片u1的2脚接地；
所述频率合成芯片u1的3脚并接电阻r1的一端后与频率合成芯片u1的4脚相连，所述电阻r1的另一端接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的5脚接地；
所述频率合成芯片u1的6脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的7脚与中央控制芯片u6的55脚相连；
所述频率合成芯片u1的8脚与中央控制芯片u6的56脚相连；
所述频率合成芯片u1的9脚串接电阻r4后与晶振x1相连；
所述频率合成芯片u1的10脚接地；
所述频率合成芯片u1的11脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的12脚串接电阻r6后接地；
所述频率合成芯片u1的17脚串接电容c1后接地；
所述频率合成芯片u1的18脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的19脚接地；
所述频率合成芯片u1的20脚并接电阻r5的一端后与电容c20的一端相连，所述频率合成芯片u1的21脚并接电阻r3的一端后与电容c17的一端相连，所述电阻r3的另一端并接电阻r5的另一端后接地；
所述频率合成芯片u1的22脚与中央控制芯片u6的58脚相连；
所述频率合成芯片u1的23脚接5v输入电源；
所述频率合成芯片u1的24脚接地；
所述频率合成芯片u1的25脚与中央控制芯片u6的57脚相连。
所述运放跟随模块11的电路结构为：
所述运放跟随模块11使用的芯片为运放芯片u2和u3；
所述电容c17的另一端与电阻r25的一端相连，所述电阻r25的另一端并接电阻r23的一端后与运放芯片u2的2脚相连，所述运放芯片u2的3脚并接电阻r27的一端后与电阻r28的一端相连，所述电阻r27的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r28的另一端接地，所述电阻r23的另一端与运放芯片u2的1脚相连，所述运放芯片u2的8脚接3.3v输入电源；
所述运放芯片u2的1脚并接电阻r24的一端、电阻r26的一端后与运放芯片u2的5脚相连，所述电阻r24的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r26的另一端接地；
所述运放芯片u2的6脚并接有极电容c18的正极后与运放芯片u2的7脚相连；
所述电容c20的另一端与电阻r31的一端相连，所述电阻r31的另一端并接电阻r29的一端后与运放芯片u3的2脚相连，所述运放芯片u3的3脚并接电阻r33的一端后与电阻r34的一端相连，所述电阻r33的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r34的另一端接地，所述电阻r29的另一端与运放芯片u3的1脚相连，所述运放芯片u3的8脚接3.3v输入电源；
所述运放芯片u3的1脚并接电阻r30的一端、电阻r32的一端后与运放芯片u3的5脚相连，所述电阻r30的另一端接3.3v输入电源，所述电阻r32的另一端接地；
所述运放芯片u3的6脚并接有极电容c21的正极后与运放芯片u3的7脚相连。
所述直流转换模块12的电路结构为：
所述直流转换模块12使用的芯片为有效值转直流芯片u4和u5；
所述有效值转直流芯片u4的1脚与有极电容c18的负极相连；
所述有效值转直流芯片u4的3脚接-5v输入电源；
所述有效值转直流芯片u4的4脚与有极电容c16的负极相连；
所述有效值转直流芯片u4的6脚与中央控制芯片u6的14脚相连；
所述有效值转直流芯片u4的7脚与有效值转直流芯片u4的8脚相连；
所述有效值转直流芯片u4的9脚并接有效值转直流芯片u4的10脚后接地；
所述有效值转直流芯片u4的14脚并接有极电容c16的正极后接5v输入电源；
所述有效值转直流芯片u5的1脚与有极电容c21的负极相连；
所述有效值转直流芯片u5的3脚接-5v输入电源；
所述有效值转直流芯片u5的4脚与有极电容c19的负极相连；
所述有效值转直流芯片u5的6脚与中央控制芯片u6的15脚相连；
所述有效值转直流芯片u5的7脚与有效值转直流芯片u5的8脚相连；
所述有效值转直流芯片u5的9脚并接有效值转直流芯片u5的10脚后接地；
所述有效值转直流芯片u5的14脚并接有极电容c19的正极后接5v输入电源。
所述中央控制器5的电路结构为：
所述中央控制芯片u6的16脚与电阻r21的一端相连，所述电阻r21的另一端并接电阻r22的一端后与三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极并接电阻r22的另一端后接地，所述三极管q2的集电极并接二极管d5的正极后与电阻r20的一端相连，所述电阻r20的另一端并接电阻r19的一端后与mos管q1的栅极相连，所述电阻r19的另一端并接mos管q1的源极后与中央控制芯片u6的1脚相连，所述mos管q1的漏极依次串接电阻r18和发光二极管d3后接地；
所述二极管d5的负极并接二极管d4的负极后与电路总开关kpower相连，所述二极管d4的正极与中央控制芯片u6的17脚相连；
所述中央控制芯片u6的5脚并接晶振y1的一端后与电容c7的一端相连，所述中央控制芯片u6的6脚并接晶振y1的另一端后与电容c8的一端相连，所述电容c7的另一端并接电容c8的另一端后接地；
所述中央控制芯片u6的60脚串接电阻r12后接地；
所述中央控制芯片u6的7脚并接电阻r13的一端后与电容c9的一端相连，所述电阻r13的另一端接3.3v输入电源，所述电容c9的另一端接地；
所述中央控制芯片u6的1脚依次并接中央控制芯片u6的32脚、48脚、64脚、19脚、13脚、电容c13的一端、电容c12的一端、电容c11的一端、电容c10的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c13、c12、c11、c10的另一端均接地；
所述中央控制芯片u6的31脚、47脚、63脚、18脚、12脚均接地。
所述频率合成芯片u1的型号为ad9850，所述运放芯片u2和u3的型号为ad8606，所述有效值转直流芯片u4和u5的型号为ad536，所述中央控制芯片u6的型号为stm32f103r6t6。
本发明的检测原理为：在检测端1的磁弹性材料表面进行功能化工艺处理，可在检测端1的表面修饰上能够特异性吸附重金属的纳米功能材料，当检测端1涂上待测重金属离子溶液后，磁弹性试纸表面的纳米材料就会与重金属离子发生结合反应，使磁弹性材料及其表面负载物整体的质量发生改变，而质量变化会导致磁弹性材料自身的振动频率发生漂移，设置在检测端1内部的第一振动模块3检测数值会发生变化，此时通过分析第一振动模块3的漂移振动频率与设置在控制端2内的第二振动模块4的正常振动频率，即可计算得出待测重金属离子溶液的浓度。
本发明将检测端1和控制端2做成检测笔的结构，使其方便使用，保证检测的准确性与高精度，所述控制端2的中部设置有一个led显示屏8，可以显示标准样品和检测样品的振动频率，并显示计算得出振动频率的偏移量，进一步定量分析待测溶液的浓度；所述led显示屏8的下方还设置有两个按钮和指示灯，一个是开关按钮，一个是测量按钮，当按下开关按钮，检测笔开机，led显示屏幕亮，再按下测量按钮，检测笔就可以开始检测振动频率；所述控制端的末端还设置有电池仓，可以给整个控制电路供电。
所述频率合成芯片u1采用型号为ad9850，芯片u1的内部集成了交流信号发生器，可以产生磁弹性传感器所需的交流激励信号，由芯片u1的20脚和21脚输出，所述电阻r3和电阻r5是下拉电阻，其作用是保护电路；所述芯片u1的6脚接5v输入电源，可以给芯片u1供电；所述芯片u1的7脚为加载时钟，接中央控制器5，此时钟作用是用来加载串行的频率；所述芯片u1的9脚接125m晶振，其作用是输入参考时钟，该时钟的上升沿启动操作；上述设计极大的减少了分离器件的数量和电路板体积，并提高了检测装置整体可靠性和测量精度。
所述芯片u1的21脚串接电容c17、电阻r25后与芯片u2的正向输入引脚2相连，反向输入引脚3接入电阻r27和电阻r28之间，所述电阻r27一端接3.3v输入电源，电阻r28的一端接地，这里使用的电阻r27、r28起到了分压的作用；所述芯片u2的的输出引脚1接电阻r23的一端，r23的另一端接回芯片u2的引脚2，组成比例运算放大器；
同时，芯片u2的引脚1接芯片u2的引脚5，所述引脚1与引脚5之间还并接有电阻r24和电阻r26，另外在电阻r24一端接入3.3v输入电源，所述3.3v输入电源、电阻r24、电阻r26的作用是提供偏置电压，和运放产生的波形叠加，更便于波形能够在液晶屏上显示；
所述芯片u2的7脚接输入引脚6脚，构成一个跟随器，其作用为输入阻抗高，输出阻抗低，使得从信号源索取的电流小而且带负载的能力强，用它连接两电路，可以减少电路间直接相连所带来的影响，起到缓冲隔离的作用。
所述芯片u3连接的各元器件实现的功能与芯片u2中各元器件实现的功能相类似；
所述芯片u2组成的电路与芯片u3组成的电路相互对称，一路测标准样品，一路测待测样品。
所述芯片u6作为整个测量装置的控制单元，通过串口通信电路接受指令。
所述芯片u6的引脚5和引脚6之间接有一个晶振y1，其作用是给单片机提供了一个时钟频率；所述芯片u6的引脚1、13、19、32、48、64并接电容c10、c11、c12、c13的一端，该并联电容的作用是滤波。
在led指示灯的电路结构中，所述kpower是接整个电路开关，当按下开关时kpower端接地，由于接有vbat，所以二极管d5导通，由于设置有电阻r19，所以mos管q1导通，电池经过mos管q1压降为3.7v，并经过低压差稳压器转化为3.3v输出电压，提供给中央控制器工作，此时发光二极管d3亮；再按下开关kpower时，芯片u6的17脚发出信号，使得二极管d4导通，二极管d5不导通，mos管q1不导通，从而使发光二极管d3熄灭，三极管q2也截止，有关闭功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。