一種食品農藥檢測儀控制系統

楊超麟

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

【關鍵詞】檢測儀；ARM；控制系統

0 引言

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

1 農藥殘留的檢測方法及凝膠滲透色譜

通常農民在使用農藥之后，在蔬菜水果及其他食品上多多少少會殘留一些農藥或者其衍生物，它們都具有一定的毒性。目前檢測農藥的方法有很多，一般都是對其基質進行分析，結合先進的技術和儀器設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。它的應用范圍很廣，從高分析化學、生物化學到其他領域，都是一個必不可少的分析手段。

2 ARM Cortex控制系統

檢驗儀器采用ARM公司的M0+處理器，它是一款經過優化處理的、具有v6M指令系統功能，適合應用在醫療設備、電子產品、各類家電、燈光照明及各類大型電子產品中使用，具有成本低、能耗低等優點。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低，并且能夠通過以太網和其他通訊設備進行高效的通訊，它不僅具有C、C++等高級語言的優點，而且在現有M0處理器的基礎上，能夠兼顧RTOS系統。Cortex-M0+是Cortex-M處理器系列的一員，亦可獲得ARM Cortex-M生態系統的全面支持，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秀的特性，并得到了廣泛應用。其特性括：可靠性：具有安全可信的有高容錯能力的系統；性能高：處理能力相當迅速，尤其是在與高時鐘頻率相結合的情況下；實時性：在所有場合的處理能力都符合硬實時限制；實惠經濟：在功耗、性能和面積方面能實現最佳的功能。顯而易見，Cortex-M 系列處理器的優越性遠遠高于Cortex-A 系列。Cortex-A 系列主要針對必須使用虛擬內存管理的復雜軟件操作系統的專用用戶的應用。系統組成框圖如圖1所示：

2.1 數據的采集、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轉換由6通道16位模擬前端處理器，即AD73360實現，并將數字信號傳輸到STM32中。AD73360通道內置了獨立的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，只需調整PGA即可獲得合適的動態范圍。電能表數據采集框如圖2所示。

首先，RC濾波網絡對輸入的電壓電流信號進行濾波和數據采樣，然后進行A/D轉換。AD73360因其具有獨立的時鐘源，所以可配置為自動數據采集與發送模式，通過總線SPI不斷地將數據傳向STM32。Cortex-M3內核置于STM32內，將處理輸入的數字信號，在完成數字濾波及零點檢測后，取得基本的電壓及電流數據，經時間積分計算，最終得到相應的電能計量。

2.2 采樣電路及濾波網絡

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，應對被采樣信號做高保真轉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，高精度電阻網絡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，將相電流信號經CT變換為低電壓信號。

3 食品農藥檢測儀控制系統相關參數

多功能食品專用農藥檢測儀能檢測果蔬中硝酸鹽、重金屬和農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指標，該系統采用6通道同時檢測技術，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境中操作。各配置采用美觀耐用的鋁合金包裝箱。

4 結語

本文以智能食品農藥檢測控制系統的基本構成和工藝流程為基礎，介紹了基于ARM嵌入式的智能食品農藥檢測控制系統。該系統通過觸摸屏和ARM7 CPU實現了對食品農藥的殘留。系統具有自適應自調節、自動報警、實時監測、數據庫報表處理等功能，檢測人員能夠快速的檢驗出結果，實驗表明，這套設備降低了企業運行成本，提高了管理效率。

【參考文獻】

[1]唐成霞，等.利用速測儀與氣相色譜對蔬菜中有機磷農藥殘留檢測與分析[J].北方園藝，2012（23）.

[2]饒麗，等.有機磷農藥殘留掌上檢測儀的設計[J].中國科學：化學，2016（3）.

[責任編輯：田吉捷]