杨超麟

【摘 要】介绍了一套基于ARM嵌入式的智能食品农药检测控制系统，叙述了凝胶渗透色谱法的原理，智能食品农药检测控制系统的基本构成和工艺流程。该系统通过上位机和ARM7 CPU实现了对食品农药的残留。最终实验表明，系统设计架构是合理的，对保障我国食品安全等领域具有重大的意义。

【关键词】检测仪；ARM；控制系统

0 引言

近几十年中国经济高速发展，人民的生活质量也越来越高。在提高生活质量的同时，食品安全面临着严峻的挑战，特别是最近几年食品安全问题越来越严峻，大量的农药残留在食品当中，让人民的健康面临着前所未有的挑战。本文研究一种食品农药检测仪器，基于“农药残留检测色谱的方法”，通过ARM嵌入式研究开发出一套控制系统，能够有效的检测农药的残留值，同时也能够快速的分析各项指标是否合格。

1 农药残留的检测方法及凝胶渗透色谱

通常农民在使用农药之后，在蔬菜水果及其他食品上多多少少会残留一些农药或者其衍生物，它们都具有一定的毒性。目前检测农药的方法有很多，一般都是对其基质进行分析，结合先进的技术和仪器设备成为当前检测的主流。一般检测方法分为两大步骤：首先是样品的处理，在处理样品前进行净化、萃取，这是样品处理前的重要一步。其次是色谱定量分析，采用色谱分析法对农药的残留量进行分析，这方面主要是化学方面的分析。

凝胶渗透色谱分析也叫做体积排斥色谱分析法，是最近几十年兴起的一种科学的分析方法。它的应用范围很广，从高分析化学、生物化学到其他领域，都是一个必不可少的分析手段。

2 ARM Cortex控制系统

检验仪器采用ARM公司的M0+处理器，它是一款经过优化处理的、具有v6M指令系统功能，适合应用在医疗设备、电子产品、各类家电、灯光照明及各类大型电子产品中使用，具有成本低、能耗低等优点。M0+处理器具有32位运算速度，采用低成本低功耗的材料，使其在工作时功耗相当低，并且能够通过以太网和其他通讯设备进行高效的通讯，它不仅具有C、C++等高级语言的优点，而且在现有M0处理器的基础上，能够兼顧RTOS系统。Cortex-M0+是Cortex-M处理器系列的一员，亦可获得ARM Cortex-M生态系统的全面支持，不仅能与Cortex-M3或Cortex-M4兼容，还能可靠地移植。

Cortex-R 系列本身具有一些优秀的特性，并得到了广泛应用。其特性括：可靠性：具有安全可信的有高容错能力的系统；性能高：处理能力相当迅速，尤其是在与高时钟频率相结合的情况下；实时性：在所有场合的处理能力都符合硬实时限制；实惠经济：在功耗、性能和面积方面能实现最佳的功能。显而易见，Cortex-M 系列处理器的优越性远远高于Cortex-A 系列。Cortex-A 系列主要针对必须使用虚拟内存管理的复杂软件操作系统的专用用户的应用。系统组成框图如图1所示：

2.1 数据的采集、处理及计算

工作时，电能表通过互感器将电力信号采集，A/D转换由6通道16位模拟前端处理器，即AD73360实现，并将数字信号传输到STM32中。AD73360通道内置了独立的PGA（可编程增益放大器）及基本型电压基准，尤其适用于三相电流电压信号的同步采样，是6通道同步采样的Σ-ΔADC器件。为保证微弱信号的计量精度，当采集小信号时，只需调整PGA即可获得合适的动态范围。电能表数据采集框如图2所示。

首先，RC滤波网络对输入的电压电流信号进行滤波和数据采样，然后进行A/D转换。AD73360因其具有独立的时钟源，所以可配置为自动数据采集与发送模式，通过总线SPI不断地将数据传向STM32。Cortex-M3内核置于STM32内，将处理输入的数字信号，在完成数字滤波及零点检测后，取得基本的电压及电流数据，经时间积分计算，最终得到相应的电能计量。

2.2 采样电路及滤波网络

被采样信号通常是大电流及高电压信号，为采用AD电路进行离散化处理，应对被采样信号做高保真转换为双极性的电压信号。AD73360采用单电源供电模拟前端，因此AD73360的输入信号定义在其动态范围的正中是最合理的。采用的方法是：选择ADC工作电压为0～5V，设置参考电压2.5伏，将AD差分输入的正端接到接被测信号，负端直接接到参考电压输入。

在工作电路中，高精度电阻网络将相电压分压获得线性的低电压信号，并保证其幅度范围在5V之内，将相电流信号经CT变换为低电压信号。

3 食品农药检测仪控制系统相关参数

多功能食品专用农药检测仪能检测果蔬中硝酸盐、重金属和农药残毒三项重要指标，为“菜篮子”保驾护航。检测样品范围：不仅可以检测蔬菜还可以检测其他需检测该类项目的样品技术指标，该系统采用6通道同时检测技术，测定范围：重金属铅：0-40.0mg/kg，（最低检测限：0.2mg/L）；硝酸盐（亚硝酸盐）：0.00～500.0mg/kg；农药残毒：抑制率0～100%。线性误差：快速法测量是0.995，而国标法可达到0.999。

该仪器可选用多种可选的附件配置，如：比色皿、烧杯、各种规格微量移液器、计时器、三角瓶、天平洗瓶、车载电源接口、软件光盘等检测所需配套附件，方便用户在不同的实验室环境中操作。各配置采用美观耐用的铝合金包装箱。

4 结语

本文以智能食品农药检测控制系统的基本构成和工艺流程为基础，介绍了基于ARM嵌入式的智能食品农药检测控制系统。该系统通过触摸屏和ARM7 CPU实现了对食品农药的残留。系统具有自适应自调节、自动报警、实时监测、数据库报表处理等功能，检测人员能够快速的检验出结果，实验表明，这套设备降低了企业运行成本，提高了管理效率。

【参考文献】

[1]唐成霞，等.利用速测仪与气相色谱对蔬菜中有机磷农药残留检测与分析[J].北方园艺，2012（23）.

[2]饶丽，等.有机磷农药残留掌上检测仪的设计[J].中国科学：化学，2016（3）.

[责任编辑：田吉捷]