水环境中重金属离子很难被分解,通过食物链传输,最终富集在人体,对人体健康造成极大的伤害。为防止重金属离子污染愈演愈烈,研制重金属离子浓度检测仪器是当前研究的热点,而当前成熟的重金属离子检测设备有多种,但大多数都寄托于实验室检测的大型进口设备,且设备价格高昂,不利于社区环保部门引进。基于此,课题提出一种将荧光偏振检测技术与嵌入式控制技术相结合的方法,成功研制出了重金属荧光偏振检测系统并实现对水溶液重金属离子浓度的检测。具体工作如下:1)根据荧光偏振免疫技术及荧光偏振检测动力学分析,完成了重金属荧光偏振检测系统总体方案设计,根据系统功能及性能方面分析市场需求,从而确定重金属荧光偏振检测系统的特点、指标参数及工作过程。2)采用易实现小型化的共聚焦型光学系统方案,为提高激发光源能量利用率及光束准直化,采用全内反射结构设计的多自由曲面准直透镜,建立透镜模型并进行光学仿真,结果表明多自由曲面准直透镜在照度均匀性、能量利用率都显著增强。接着对滤光片、偏振器、二向色镜、物镜、聚焦透镜及光电探测器进行了选型,进而完成了光学结构的机械设计,为荧光偏振信号的精确采集奠定了基础。3)为实现电路小型化,硬件电路是以STM32为控制核心集成在一块主板上,主板包括主控制电路、荧光偏振信号采集电路、步进电机驱动电路、光源驱动电路、串口通信电路、数据存储电路、电源电路等。设计两种人机交互方案,一种是开发可触摸式USART HMI人机交互屏;另一种是以C Sharp语言为基础开发的一款上位机软件,满足现场和非现场场景下使用需求。4)针对荧光偏振信号噪声问题,在嵌入式控制系统上采用滑动平均滤波算法完成荧光偏振信号的去噪;在PC端软件上采用经验模态分解去噪算法对荧光偏振信号去噪并取得较好的去噪效果;针对重金属荧光偏振信号的双峰特点,提出自动寻峰算法,进而实现荧光偏振值的计算。5)完成软硬件设计及装机调试后,搭建重金属荧光偏振检测实验平台,首先完成系统对Cu2+、Zn2+、Cd2+浓度标定实验,再对系统进行精确度测试、重复性测试、稳定性测试、最低限测试及对比性测试。本文研制的重金属荧光偏振检测系统具有携带方便、操作简单、使用成本低。实验结果表明系统线性相关系数高,系统检测误差在4%以内,重复性误差小于2%,系统稳定性好,且系统检测限较低,满足系统设计需求。