一種食品農(nóng)藥檢測儀控制系統(tǒng)

楊超麟

【摘 要】介紹了一套基于ARM嵌入式的智能食品農(nóng)藥檢測控制系統(tǒng)，敘述了凝膠滲透色譜法的原理，智能食品農(nóng)藥檢測控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工藝流程。該系統(tǒng)通過上位機和ARM7 CPU實現(xiàn)了對食品農(nóng)藥的殘留。最終實驗表明，系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)是合理的，對保障我國食品安全等領(lǐng)域具有重大的意義。

【關(guān)鍵詞】檢測儀；ARM；控制系統(tǒng)

0 引言

近幾十年中國經(jīng)濟高速發(fā)展，人民的生活質(zhì)量也越來越高。在提高生活質(zhì)量的同時，食品安全面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，特別是最近幾年食品安全問題越來越嚴峻，大量的農(nóng)藥殘留在食品當中，讓人民的健康面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。本文研究一種食品農(nóng)藥檢測儀器，基于“農(nóng)藥殘留檢測色譜的方法”，通過ARM嵌入式研究開發(fā)出一套控制系統(tǒng)，能夠有效的檢測農(nóng)藥的殘留值，同時也能夠快速的分析各項指標是否合格。

1 農(nóng)藥殘留的檢測方法及凝膠滲透色譜

通常農(nóng)民在使用農(nóng)藥之后，在蔬菜水果及其他食品上多多少少會殘留一些農(nóng)藥或者其衍生物，它們都具有一定的毒性。目前檢測農(nóng)藥的方法有很多，一般都是對其基質(zhì)進行分析，結(jié)合先進的技術(shù)和儀器設(shè)備成為當前檢測的主流。一般檢測方法分為兩大步驟：首先是樣品的處理，在處理樣品前進行凈化、萃取，這是樣品處理前的重要一步。其次是色譜定量分析，采用色譜分析法對農(nóng)藥的殘留量進行分析，這方面主要是化學方面的分析。

凝膠滲透色譜分析也叫做體積排斥色譜分析法，是最近幾十年興起的一種科學的分析方法。它的應(yīng)用范圍很廣，從高分析化學、生物化學到其他領(lǐng)域，都是一個必不可少的分析手段。

2 ARM Cortex控制系統(tǒng)

檢驗儀器采用ARM公司的M0+處理器，它是一款經(jīng)過優(yōu)化處理的、具有v6M指令系統(tǒng)功能，適合應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備、電子產(chǎn)品、各類家電、燈光照明及各類大型電子產(chǎn)品中使用，具有成本低、能耗低等優(yōu)點。M0+處理器具有32位運算速度，采用低成本低功耗的材料，使其在工作時功耗相當?shù)?，并且能夠通過以太網(wǎng)和其他通訊設(shè)備進行高效的通訊，它不僅具有C、C++等高級語言的優(yōu)點，而且在現(xiàn)有M0處理器的基礎(chǔ)上，能夠兼顧RTOS系統(tǒng)。Cortex-M0+是Cortex-M處理器系列的一員，亦可獲得ARM Cortex-M生態(tài)系統(tǒng)的全面支持，不僅能與Cortex-M3或Cortex-M4兼容，還能可靠地移植。

Cortex-R 系列本身具有一些優(yōu)秀的特性，并得到了廣泛應(yīng)用。其特性括：可靠性：具有安全可信的有高容錯能力的系統(tǒng)；性能高：處理能力相當迅速，尤其是在與高時鐘頻率相結(jié)合的情況下；實時性：在所有場合的處理能力都符合硬實時限制；實惠經(jīng)濟：在功耗、性能和面積方面能實現(xiàn)最佳的功能。顯而易見，Cortex-M 系列處理器的優(yōu)越性遠遠高于Cortex-A 系列。Cortex-A 系列主要針對必須使用虛擬內(nèi)存管理的復(fù)雜軟件操作系統(tǒng)的專用用戶的應(yīng)用。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示：

2.1 數(shù)據(jù)的采集、處理及計算

工作時，電能表通過互感器將電力信號采集，A/D轉(zhuǎn)換由6通道16位模擬前端處理器，即AD73360實現(xiàn)，并將數(shù)字信號傳輸?shù)絊TM32中。AD73360通道內(nèi)置了獨立的PGA（可編程增益放大器）及基本型電壓基準，尤其適用于三相電流電壓信號的同步采樣，是6通道同步采樣的Σ-ΔADC器件。為保證微弱信號的計量精度，當采集小信號時，只需調(diào)整PGA即可獲得合適的動態(tài)范圍。電能表數(shù)據(jù)采集框如圖2所示。

首先，RC濾波網(wǎng)絡(luò)對輸入的電壓電流信號進行濾波和數(shù)據(jù)采樣，然后進行A/D轉(zhuǎn)換。AD73360因其具有獨立的時鐘源，所以可配置為自動數(shù)據(jù)采集與發(fā)送模式，通過總線SPI不斷地將數(shù)據(jù)傳向STM32。Cortex-M3內(nèi)核置于STM32內(nèi)，將處理輸入的數(shù)字信號，在完成數(shù)字濾波及零點檢測后，取得基本的電壓及電流數(shù)據(jù)，經(jīng)時間積分計算，最終得到相應(yīng)的電能計量。

2.2 采樣電路及濾波網(wǎng)絡(luò)

被采樣信號通常是大電流及高電壓信號，為采用AD電路進行離散化處理，應(yīng)對被采樣信號做高保真轉(zhuǎn)換為雙極性的電壓信號。AD73360采用單電源供電模擬前端，因此AD73360的輸入信號定義在其動態(tài)范圍的正中是最合理的。采用的方法是：選擇ADC工作電壓為0～5V，設(shè)置參考電壓2.5伏，將AD差分輸入的正端接到接被測信號，負端直接接到參考電壓輸入。

在工作電路中，高精度電阻網(wǎng)絡(luò)將相電壓分壓獲得線性的低電壓信號，并保證其幅度范圍在5V之內(nèi)，將相電流信號經(jīng)CT變換為低電壓信號。

3 食品農(nóng)藥檢測儀控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

多功能食品專用農(nóng)藥檢測儀能檢測果蔬中硝酸鹽、重金屬和農(nóng)藥殘毒三項重要指標，為“菜籃子”保駕護航。檢測樣品范圍：不僅可以檢測蔬菜還可以檢測其他需檢測該類項目的樣品技術(shù)指標，該系統(tǒng)采用6通道同時檢測技術(shù)，測定范圍：重金屬鉛：0-40.0mg/kg，（最低檢測限：0.2mg/L）；硝酸鹽（亞硝酸鹽）：0.00～500.0mg/kg；農(nóng)藥殘毒：抑制率0～100%。線性誤差：快速法測量是0.995，而國標法可達到0.999。

該儀器可選用多種可選的附件配置，如：比色皿、燒杯、各種規(guī)格微量移液器、計時器、三角瓶、天平洗瓶、車載電源接口、軟件光盤等檢測所需配套附件，方便用戶在不同的實驗室環(huán)境中操作。各配置采用美觀耐用的鋁合金包裝箱。

4 結(jié)語

本文以智能食品農(nóng)藥檢測控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工藝流程為基礎(chǔ)，介紹了基于ARM嵌入式的智能食品農(nóng)藥檢測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過觸摸屏和ARM7 CPU實現(xiàn)了對食品農(nóng)藥的殘留。系統(tǒng)具有自適應(yīng)自調(diào)節(jié)、自動報警、實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫報表處理等功能，檢測人員能夠快速的檢驗出結(jié)果，實驗表明，這套設(shè)備降低了企業(yè)運行成本，提高了管理效率。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]