李凯+张浩楠+葛延腾+崔璨

摘 要：文中设计的肉质鲜度检测仪基于ARM内核的STM32微控制器，以H2S气敏元件和AD5933阻抗测量芯片为核心，结构简单，能够实现快速测量以及无损检测。该产品具有小巧轻便，手持可用等特点，免去了检测理化特性带来的不便，具有良好的经济效益与社会效益。

关键词：ARM；STM32；快速测量；无损检测

1 作品简介

你的专属“气味尚宫”是基于ARM内核的STM32微控制器，以H2S气敏元件和AD5933阻抗测量芯片为核心，以实际的实验数据为依托，搭建只需10多秒即可快速判定肉质的便携肉质鲜度检测仪。

本产品利用肉质腐败时挥发出的H2S气体来检测肉质鲜度。经大量实验得到其相关数据，并将数据编程以实现其功能，功能可靠。

本产品结构简单，能够实现快速测量以及无损检测。长度约15 cm，宽约5 cm，高约1.5 cm，重量约为80 g，便于携带。该产品利用H2S气敏元件，搭乘STM32微控制器，可十多秒快速测量肉质鲜度，并将所测内容显示在OLED屏幕上。同时在检测肉质鲜度时，由于利用气体传感器，故检测时不与肉类发生接触；在检测肉质注水度时，将探头置于样本两端可很快完成测量，观察液晶屏幕显示的结果即可获知含水量。此举保证了肉质的无损性。

专属“气味尚宫”实物图如图1所示。

2 工作原理

其工作原理如图2所示。

2.1 肉质新鲜度

2.1.1检测原理

我国食品卫生标准GB/T 5009.44—2003《肉与肉制品卫生标准分析方法》中以挥发性盐基总氮（TVB-N）测定作为肉新鲜度指标。然而，TVB-N的检测较为复杂，在组成肉类的氨基酸中，有一些含有硫氢基的氨基酸，在肉品腐败分解过程中，在细菌产生的脱硫基酶作用下发生分解能放H2S，以及其他挥发性气体如NH3。因此可根据肉类在不同时期释放气体的程度来检测肉质的新鲜度。

我们在试验中对H2S/NH3两种气体均进行了检测，通过实验结果发现，H2S气体检测灵敏度较高，因此我们选择H2S气体传感器。

传感器（测量范围为1～100 ppm范围）通过测量当前环境中的H2S浓度，以一定时间间隔返回一个模拟电压值，通过标定可以得到实际浓度。由于浓度与空间体积有关，因此有效的是在一定温度下，单位时间单位体积肉品释放的速率。气体传感器如图3所示。

2.1.2 使用方法

（1）首先将探测器置于空气环境中5 s，STM32通过AD转换每0.375 s读取气敏元件传回的数值并存储。排序后舍掉最低的30%数据（通过图像分析发现传感器数值在真值附近波动，但有少部分分布在较低的水平），求平均数后测得环境温度及空气中传感器读值的平均数作为肉品释放H2S气体速率的零值标准。

（2）将探测器头部置于装有待测肉样本的小塑料口袋中，测量十余秒。当程序中检测到电压数值骤降时开始存数，存满一定范围对数据做最小二乘回归处理，求得斜率k。

（3）与实验测得的标准数据做匹配，最终输出肉质等级。

15日，H2S，3号肉开口放置，环境温度32°密闭测量值回归分析如图4所示。

2.2 注水肉

2.2.1 检测原理

通过查阅文献，我们了解到肉类水分含量与肉品阻抗特性存在明显的对数关系：Zx=a+logb（M）

Zx为待测肉样本的阻抗，M为肉制品水分含量，a，b均为常数，取值与被测肉类的品种有关。文中采用AD5933高精度阻抗测量芯片，不仅能测得阻抗，还可以测量环境温度。

AD5933测量阻抗的原理类似运算放大器，将测得的阻值和抗值分别存在实部、虚部寄存器中，通过I?C协议与STM32通信，由读得的两数据求模即可得到肉样本的阻抗值。通过内置到程序里的标定表，输出其测得的样本含水百分数。

2.2.2 使用方法

将探头置于样本两端即可很快完成测量，观察液晶屏幕显示的结果可获知含水量。

3 创新点

相比于传统方法，该作品利用H2S气体传感器进行肉质鲜度检测，将吸收到的气体信号通过AD转换以数字形式显示在单片机中，检测速度快，方式新颖，并且免于与肉体进行接触，保证肉质检测时的无损性。此外，该作品利用AD5933阻抗芯片无损检测肉质注水程度，符合当前社会研究的主要方向。同时使用OLED屏幕显示内容，在减少该仪器总体质量的同时，也保证了其显示内容的准确性。采用转电压模块，普通电池就能供电，使用便捷。

就作品本身而言，該肉质鲜度检测仪小巧轻便，手持可用，免去了检测理化特性带来的不便，减少了传统方法的繁琐程度。

4 市场前景

随着肉类消费量的增加，肉质鲜度的检测成为当前的热点问题。我们设计的这款肉质鲜度检测仪方便携带、简便快速、操作可靠，是一款符合当前社会潮流的技术作品。另外相对于国内外针对该类产品的研究，大多处于实验室阶段，需严格保证其无菌性、温度等，而现行所有的电子技术也因其价格高昂，难以推广。

希望未来的肉质鲜度检测仪可以小型集成化，进一步集成与手机相接，通过手机供电，以手机平台为依托进行处理和显示；探测多元精准化，实现与手机互联计划，加入视觉处理或其他检测手段，组合达到最高的检测精度；无损化，使用的检测手段尽量无损化，便于消费者在购买时鉴定使用；功能多样化，除了检测注水肉，肉品新鲜度，还试图加入肉的种类测定及其他功能；成本最低化，做市场推广时，必然要降低成本，使其性价比更高；实时化，可以置于冰箱中与肉品放在一起，实时检测肉品的保存质量；达到平台系统化，建立一个高品质肉类生产到销售的完整平台。该平台具有如下特点：

（1）肉品宰割时由屠宰场将肉的品种、宰割时间等信息以二维码（有加密措施）的形式喷在肉皮上，替代原始的喷标。

（2）每经过一层中间处理或销售，就在该层将信息更新到二维码中。

（3）到最终销售商贩时，消费者可以通过手机扫描该二维码获取肉质基本信息，然后无损检测欲购肉品的状况。