便攜式注水肉測量系統設計

劉磊 任飛 陳君宇 馮敏

摘要：AD5933是一款高精度的阻抗測量芯片。本文利用AD5933和單片機等器件設計了一款注水肉快速檢測系統，該系統能夠實時檢測受檢肉類的阻抗譜信息，然后與標準肉類的標準阻抗數據進行比較，從而判斷受檢肉是否注水肉，為注水肉的檢測提供了科學的判斷標準。本系統阻抗的測量范圍為100Ω～10MΩ，頻率分辨率小于0.1Hz，精度為0.5%，能夠滿足一般肉類阻抗頻譜測試的要求。

關鍵詞：AD5933 注水肉 檢測 設計

1 概述

注水肉是肉品經營人用強制的手段往肉里注水，以水增重來多賣錢的一種損害消費者利益的違法肉，不法商販為謀取暴利，市場上的注水肉也越來越多，成為嚴重威脅人們身體健康的一大公害。

本文采用STC89C52單片機作為控制器，利用電極、阻抗測量器件AD5933、放大電路、4位LED數碼管等器件，設計了一款高精度的肉類水分測量系統。該系統能夠實時檢測受檢肉類組織的阻抗數據，通過一系列的科學計算得出受檢肉類是否注水，從而為執法部門檢驗注水肉提供有力的證據，在很大程度上保障了人民的生命財產安全。

2 肉類水分測量原理

2.1 肉類水分與阻抗的關系

通過對家禽肉類在無線電頻率[4]范圍內導電特性的研究發現，肉類的水分與阻抗特性基本成對數關系：

ZX=a+log■■（1）

式（1）中，ZX為肉制品的阻抗，M為肉制品水分含量，a、b均為常數，取值與被測肉類的品種有關[1]，且0

2.2 AD5933阻抗測量方法及原理

AD5933是一款高精度的阻抗測量芯片，它是基于比例測量的方法來測量阻抗的，其測量原理非常簡單，用一個運算放大器接成電壓并聯負反饋結構即可[2]。AD5933的比例測量原理如圖2所示。

圖2中，在輸入接入一阻抗ZX，在反饋回路接入一反饋電阻RFB。由理想運放的“虛短”“虛斷”，通過推導，有：

ZX=■=■=-R■×■（2）

3 系統硬件組成及實驗測量結果

本系統的硬件電路組成框圖如圖3所示。

信號發生器產生的標準信號經被測樣品的衰減，得到與水分含量成正比的水分測量信號，阻抗測量信號放大后經信號調理電路轉換成數字信號，送給單片機進行數據處理，并與標準肉類的阻抗數據進行比較，直接判斷受檢肉是否注水。

阻抗測量電路主要由AD5933來完成[3]。若AD5933的VOUT峰峰值為2V（2Vp-p），對3塊不同的受檢肌肉，在常溫下（25°C），選用不同的反饋電阻RFB和標定電阻R，對受檢肉的阻抗模Z■的測量和計算結果如表1所示。

表1 系統對多塊受檢肉的測量結果

■

標定電阻R的精度要求較高，這樣在一定程度上可保證阻抗ZX的測量準確性。由于AD5933內部A/D轉換器的最高輸入電壓U為2V，經過推導和計算，對每次測量選用3種不同阻值的標定電阻R，并使反饋電阻和標定電阻的比值RFB/R保持在0.2和0.066之間，這樣就可以保證A/D 轉換器工作在線性工作區。

4 結論

由AD5933將ADC轉換器輸出的數字信號經I2C總線送給單片機進行處理后，直接在顯示器上顯示受檢肉類的阻抗數據，然后與未注水的標準肉類的標準阻抗數據進行比較，從而得出受檢肉是否合格肉或注水肉。

利用高精度的阻抗測量器件AD5933對受檢肉類的阻抗進行實時檢測，從而為注水肉的檢測提供有力的判斷依據，在一定程度上打擊了某些屠宰場的不法行為，保障了人民的生命財產安全。經過實驗測試，該系統具有安全可靠、測量準確、不破壞受檢肉、成本低廉等優點。

參考文獻：

[1]楊宇祥，王玨，牛飛龍，等.基于AD8302的生物阻抗頻譜測量儀的研制[J].儀器儀表學報，2006，27（06）：168-170.

[2]傅元，吳然，韓吉聲.AD5933測量水電導率電路設計中的若干問題[J].儀表技術與傳感器，2011（7）：63-65.

[3]黎步銀，黃兆祥，幸會，等.基于AD5933的阻抗頻譜測試系統設計與實現[J].微計算機信息，2008，24（10）：288-290.

基金項目：受2013年國家級大學生創新創業訓練項目資助，項目編號：201310702003。