农药残毒快速检测智能化系统

数据库，通过比对的方式智能地分析待测果蔬样品中的农药残毒种类及溶度，并将结果数据在 3.2 寸分辨率为 320*240 的高清晰度真彩屏上显示。本文主要介绍光电转化部分，即该微型化检测仪的软硬件实现，系统整体结构如图 1 所示。

2.1 前置电路模块

本系统采用日本进口的具有金属封装的 H9858 系

列光电倍增管，其内部包含高压电源供电电路的光电传感器模块。由于本系统具有高增益、大动态范围和高速响应等特点，可使光电转换的精确度大大提高，响应时间大幅缩小。并且其功耗低、体积小，为本装置的便携式提供了可能。由于化学光的微弱性，因此在单片机采集前需要放大处理，系统采用高精度斩波稳零运算放大器 ICL7650 作为核心元件，采集的农药残毒电信号经过滤波放大后直接送到单片机 P1.0 口通过内置的 10 位 A/D 转换器进行转换，光电转换原理如图 3 所示。

在打开 ADC 电源控制位后，将 ADC_START 位置 1 即可启动 A/D 转换，待 ADC_FLAG 位被系统置 1 后，模数转换结束，此时读取 ADC_DATA 、 ADC_LOW2 寄存器的数值，并按以下公式计算即可得到输入电压：

((ADC_DATA >> 6)*256+((ADC_DATA << 2) |

ADC_LOW2))/1024*Vcc

式中：ADC_DATA 为 A/D 转换结果寄存器的高 8 位，ADC_LOW2 为 A/D 转换结果寄存器的低两位， Vcc 为单片机实际工作电压。

2.4 SD 卡存储模块

SD 卡具有大容量、高性价比、低功耗、非易失性、可插拔等许多优点，被广泛应用于各类便携设备的存储载体。它有 SD 和 SPI 两种工作模式，在 SD 模式下，主机使用 SD 总线方式访问卡，而通常单片机不具备 SD 总线，而且如果采用 I/O 口模拟 SD 总线，不但增

加软件开销，而且传输速度亦不理想，因此本系统主要采用 SPI 总线方式访问存储卡^[2-4]。

在 SPI 模式下，SD 卡支持单多块扇区的读写，其中单块数据读写流程图如图 5 所示，而多块数据读写过程类似，只是写入的命令不同而已。需要注意的是，在 SD 卡操作前需要先对其初始化，初始化流程图如图 6 所示。

2.5 LCD 触摸屏模块

本系统液晶显示模块选用 240×320 分辨率，32位色 3.2 寸 TFT 触摸屏，其驱动芯片为台湾奕力科技的 ILI9325 驱动器，支持 16 位并行传输模式。彩屏自带 4 线电阻采样端，由触摸屏芯片 ADS7843 驱动，而该触摸屏芯片亦采用 SPI 总线模式，因此可与 SD 卡共用部分 I/O 口，端口为触摸感应信号，程序中只需判断该引脚为低电平时触发中断以处理触摸事件即可^[5-7]。系统采用 8050 三极管驱动彩屏的 5 个背光 LED 灯，使其受控于单片机一 I/O 口，并可通过软件实现一段时间内未触屏熄灭液晶所有 LED 灯，以降低功耗。另外，由于单片机 I/O 口有限，系统采用 74HC573 锁存器实现 8 路 I/O 口分 2 次完成 16 位并行输入。

3 软件设计

系统软件设计主要包括 DS1302 驱动程序、触摸屏驱动程序、SD 卡驱动程序以及主程序等^[8]。其中主程序shou先对 CPU、触摸屏、时钟芯片、SD 卡等进行初始化，之后就循环等待用户操作命令，并进入相应模块处理子程序，包括调零、校准、检测，以及历史数据查询、清除、系统设置等功能，具体如图 7 所示。

4 农药残毒检测的实验研究

被检测的有机磷农药为敌百虫，将农药配备成不

同浓度的敌百虫工作液(0mg/L，0.05mg/L，0.07mg/L，0.09mg/L，0.15mg/L，0.25mg/L，
采用的试剂为鲁米诺-过氧化氢体系。乙烯胆碱酯酶对鲁米诺-过氧化氢化学发光体系具有催化作用，经由敌百虫等有机磷农药抑制后会导致鲁米诺-过氧化氢-乙烯胆碱酯酶化学发光体系产生的光信号降低。基于上述原理可以对有机磷农药进行检测。

在实验开始前，由于环境温度、热辐射和其他因素的影响，光电倍增管上电后会产生暗电流，需要对其进行电压调零以消除暗电流的干扰。调零完成后，将配备好的不同浓度的敌百虫溶液 2mL 通过分离柱，取鲁米诺-过氧化氢体系 3mL 与分离后的敌百虫溶液混合，测出光强变化，其测量结果如表 1 所示。