一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统技术方案

针对传统农药残毒检测仪，价格昂贵，体积庞大，检测预处理复杂等缺点，发明专利技术出一款由嵌入式芯片STM‑32作为核心控制器的一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统。仪器采用基于酶动力学分析法，以蓝紫光为光源，主要用于有机磷类或氨基甲酸酯类农药的残毒检测。该系统综合运用了生化酶动力学分析方法，光电转换技术，智能微处理器技术，线性拟合技术，保证了测量结果的稳定与可靠。

A rapid detection system for pesticide residues based on Embedded Technology

According to the traditional pesticide residue detection instrument, the price is expensive, bulky, complex detection preprocessing, invented by a 32 embedded chip STM as a core controller for the rapid pesticide residue detection system based on embedded technology. Instrument adopts the analysis method based on enzyme kinetics, the blue violet light as the light source, is mainly used for residue detection of organophosphorus and carbamate pesticides. The system uses biochemical enzyme kinetic analysis method, photoelectric conversion technology, intelligent microprocessor technology and linear fitting technology to ensure the stability and reliability of measurement results.

【技术实现步骤摘要】
一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统所属
本专利技术涉及一种检测系统，尤其涉及一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统。
技术介绍
农药是农业生产的重要生产资料，对农业的发展，粮食的供给有不可替代的作用，然而由于过量及不当的使用，使得农药残留及其污染物引起的食品安全问题日益突出。这种情况下迫切需要研发一批适用于现场快速测定的检测仪器。2003年国家颁布了基于乙酰胆碱酯酶体系的农药残留快速检测方法的国家标准，国家标准的出台更加快了此类农药残毒检测仪标准化，批量化，商品化的进程。我国的农业生产中所使用的农药大多属于有机磷类或氨基甲酸酯类农药，在一定条件下此类农药对胆碱酯酶正常功能有抑制作用，其抑制率与农药的浓度成正相关性，这样通过抑制作用，计算出抑制率，则可以判断出样品中是否含有有机磷类或氨基甲酸酯类农药的存在。胆碱酯酶对以上两种农药的敏感度可达0.01mg/kg~0.5mg/kg。这种酶动力学分析方法比一般仪器所采用的动物血清作为酶试剂，检测的专一性和灵敏度都有明显的提高。在正常情况下有机磷类农药与氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶的活性存在一定的抑制作用，向样品中添加一定量的乙酰胆碱酯酶，当样品中含有以上两大类农药时，即会对酶的活性产生抑制作用。再向含有农药的样品中添加底物（碘化硫代乙酰胆碱）和显色剂（二硫代硝基甲酸）时，酶因丧失活性则不能彻底催化底物完成显色反应。此时，通过发光管产生405nm波长的蓝紫光照射比色皿时，能测出颜色变化造成的吸光度之差，再由吸光度值的变化计算出酶的抑制率，酶的抑制率越大，说明样品中残留农药的含量越高，反之亦然。在405nm左右的单色光条件下测定吸光度A随时间t的变化，单色光通过样品时，使用探测器硅光电池进行接收，硅光电池属于一种PN结的单结光电池，它由半导体硅中渗入一定的微量杂质而制成。光照射到PN结上时，使PN结两端产生电动势，进而产生光伏效应，由于在较大的光照范围内，其短路电流与照度有良好的线性关系，故可以通过测量硅光电池的短路电流表示此时的光强度。同时经过电流转电压放大电路将电流量转换成电压量，由国标GB|T5009.199-2003推荐的分析方法是通过测量空白试液，以及待测试液2min前后吸光度值的变化和来计算抑制率，，通过抑制率R可以判断出样品中是否含有高剂量的有机磷类或氨基甲酸酯类农药的存在，当待测样品的抑制率R≥50时，表示蔬菜中有高剂量的有机磷类或氨基甲酸酯类农药的存在，样品为阳性结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统农药残毒检测仪，价格昂贵，体积庞大，检测预处理复杂等缺点，设计了一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统光学部分、核心处理器部分、外围辅助电路3大部分组成。系统工作过程是将光源所产生的平行光经过比色皿而后进入到光电检测模块，光源采用由发光管产生的405nm蓝紫光色平行光。由光电检测电路，将电压信号采入处理器，最后由处理器计算出农药残留度。整个反应过程被设计在一个嵌入式微处理器上完成，将计算机技术与测量控制技术结合到一起，使其成为智能仪表。所述的光学部分包括LED单色平行光，比色池，光电检测及相应的辅助与控制电路，整个光学部分被密封在一个暗室内，可以有效的避免外界杂散光的影响。所述的系统的控制中心选用STM-32，外围电路有稳压电源，数据存储器。所述的系统的输入输出部分包括320*240TFT触摸屏，键盘，串行口可直接上传到PC机。所述的系统采用405nm蓝紫色平行光作为光源，相较于卤灯，氚灯等，热致发光光源相比，LED具有响应速度快，功率小等优点。所述的检测部分使用硅光电池作为光电转换部分，硅光电池的短路电流与照度成很好的线性关系，故可以通过测量硅光电池的短路电流表示光强，同时进行I/V转换，将电流转换成电压量，再将转化后的电压量送入嵌入式系统，进行后续处理。所述的系统采用的电流转电压放大器是TLC2254芯片，该芯片是德州仪器公司制造的四路运算放大器，是一款性能良好的电流转电压放大器，本器件具有满电源电压幅度输出性能，同时比现有的一般运放具有更好的输入失调电压和更低的工耗。所述的系统的检测信号处理采用乙酰胆碱酶体系显色剂处理方法中的两点测量法。本专利技术的有益效果是：基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统以嵌入式系统STM-32为核心，使用微型化，低能耗，低成本的单色光源与检测装置，可使用220V外接电源或干电池供电，体积小，重量轻，特别适用于现场的快速检测。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是仪器结构框图。图2是单路检测系统电路设计。图3是检测信号处理样图。图4是主程序流程图。图5是主程序流程图采样与抑制率计算的程序流程图。具体实施方式如图1所示，仪器由光学部分，核心处理器部分与外围辅助电路3大部分组成。系统工作过程是将光源所产生的平行光经过比色皿而后进入到光电检测模块，光源采用由发光管产生的405nm蓝紫光色平行光。由光电检测电路，将电压信号采入处理器，最后由处理器计算出农药残留度。整个反应过程被设计在一个嵌入式微处理器上完成，将计算机技术与测量控制技术结合到一起，使其成为智能仪表。光学部分包括LED单色平行光，比色池，光电检测及相应的辅助与控制电路，整个光学部分被密封在一个暗室内，可以有效的避免外界杂散光的影响。STM-32作为整个仪器的控制中心，外围电路有稳压电源，数据存储器。输入输出部分包括320*240TFT触摸屏，键盘，串行口可直接上传到PC机。如图2所示，本系统采用酶动力学分析法，其中乙酰胆碱酶体系显色剂显色后吸收峰在405nm左右，所以本系统采用405nm蓝紫色平行光作为光源，相较于卤灯，氚灯等，热致发光光源相比，LED具有响应速度快，功率小等优点。检测部分使用硅光电池作为光电转换部分，硅光电池的短路电流与照度成很好的线性关系，故可以通过测量硅光电池的短路电流表示光强，同时进行I/V转换，将电流转换成电压量，再将转化后的电压量送入嵌入式系统，进行后续处理。在本设计中采用的电流转电压放大器是TLC2254芯片，该芯片是德州仪器公司制造的四路运算放大器，是一款性能良好的电流转电压放大器，本器件具有满电源电压幅度输出性能，同时比现有的一般运放具有更好的输入失调电压和更低的工耗。如图3所示，采用乙酰胆碱酶体系显色剂处理方法中的两点测量法，每隔10s测量一次光强值，一组试剂测量10次，用时2min，将所测量的电压值采入嵌入式系统，将电压信号读取并由公式转换成吸光度值，再对数据进行线性回归拟合得到斜率K值，也就是在确定时间内的吸光度变化率。由公式计算出抑制率，通过线性拟合后的曲线，只要保持光源稳定，则测量精度会显著提高。图3为实际测量的一组实验数据。横轴为时间轴，单位为s，纵轴为吸光度值。由实际的实验数据与其拟合后的曲线对比，并计算出了拟合后的曲线公式。线性拟合就是用解析表达式逼近离散数据，即离散数据的公式化。实践中，离散点组或数据往往是各种物理问题和统计问题有关量的多次观测值或实验值，它们是零散的，不仅不便于处理，而且通常不能确切和充分地体现出其固有的规律，这种缺陷正可由适当的解析表达式来弥补。经过拟合后的曲线有更好的线性特性，避免了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统，由光学部分、核心处理器部分、外围辅助电路3大部分组成；系统工作过程是将光源所产生的平行光经过比色皿而后进入到光电检测模块，光源采用由发光管产生的405 nm 蓝紫光色平行光；由光电检测电路，将电压信号采入处理器，最后由处理器计算出农药残留度；整个反应过程被设计在一个嵌入式微处理器上完成，将计算机技术与测量控制技术结合到一起，使其成为智能仪表。

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统，由光学部分、核心处理器部分、外围辅助电路3大部分组成；系统工作过程是将光源所产生的平行光经过比色皿而后进入到光电检测模块，光源采用由发光管产生的405nm蓝紫光色平行光；由光电检测电路，将电压信号采入处理器，最后由处理器计算出农药残留度；整个反应过程被设计在一个嵌入式微处理器上完成，将计算机技术与测量控制技术结合到一起，使其成为智能仪表。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统，其特征是所述的光学部分包括LED单色平行光，比色池，光电检测及相应的辅助与控制电路，整个光学部分被密封在一个暗室内，可以有效的避免外界杂散光的影响。3.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统，其特征是所述的系统的控制中心选用STM-32，外围电路有稳压电源，数据存储器。4.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的农药残留快速检测系统，其特征是所述的系统的输入输出部分包括320*240TFT触摸屏，键盘，串行口可直接上传到PC机。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：田荣侠，
申请(专利权)人：田荣侠，
类型：发明
国别省市：辽宁,21