农药残留检测仪设计

发布时间：2020-08-02 12:08:33 来源：文档文库

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农药残留检测仪设计

石明吉，刘斌，陈娇霓

【摘要】摘要：随着生活水平的逐渐提高，人们在饮食方面的要求不断提高，越来越重视食品安全。农药的应用越来越普及，检测瓜果蔬菜的农药残留就显得至关重要，为此，设计了一款农药残留检测仪。该农药残留检测仪主要由两个部分组成，化学反应部分和反应结果检测部分。化学反应过程主要由恒温装置控制，以STC89C52单片机、DS18B20温度传感器和加热片为主要器件。反应结果检测过程以TCS230颜色传感器为核心器件，再经过STC89C52芯片的一系列处理，将反应结果的变化以三基色数值的形式显示在液晶显示屏上，通过数值的变化来判定农药的残留浓度。利用该检测仪对不同浓度的农药残留溶液进行了测试，实验结果表明：该检测仪反应灵敏，可准确鉴别农药残留浓度的高低。实现了设计要求，具有一定的应用价值。

【期刊名称】《南阳理工学院学报》

【年(卷),期】2018(010)002

【总页数】4

【关键词】关键词:农药检测；单片机；温度传感器；颜色传感器

0 引言

农药出现以后，逐渐成为不可缺少的农业生产资料，对于防治病虫草害、保证农作物生长和提高农作物单产等方面具有重要作用。由于农药残留问题与食品安全息息相关，据了解，我国每年因农药使用不当而造成人们农药中毒的事件高达上万件，对消费者的身体健康和生命安全构成了严重威胁。农药残留检测技术已经成为保证农产品质量的重要途径，对消费者健康安全起到决定性作用，因此，农药残留检测仪的出现不仅是必然的，而且具有巨大的发展空间[1]。

传统的气相色谱串联质谱检测器(GC/MS)等农残分析检测技术原理简单易懂，发展历史悠久，应用范围广泛，并且可以简化农残分析步骤[2]。但是这种方法存在一定的弊端，检测时运行过成本过高，检测的时效性不强，因此在现实检测中并不能发挥其功效。这些不利因素给农业部、质检总局、国家食品药品监管局等部门的日常工作带来了很多不便之处，因此GC/MS检测未能合理规避检测难处，在市场推广会受到很大程度上的阻碍。若能利用单片机的特性设计一个快速农药残留检测仪，降低检测的成本，缩短检测时间，就能在各种需要的场所进行大力推广。

本文设计了一款基于单片机的农药残留检测仪，成本低、智能化程度高、方便快捷，具有一定的应用和推广价值。

1 农药残留检测原理

传统的农药残留检测一般要使用农药速测卡，利用速测卡中的胆碱酯酶(白色药片)可催化靛酚乙酸酯(红色药片)水解为乙酸和靛酚(蓝色)，由于有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶的活性有强烈的抑制作用，因此检测结果会呈现阳性或阴性结果[3]。阳性结果包括不发生变色或稍微变为浅蓝色两种情况，阴性结果的两种情况则为变成天蓝色或者是与对照组完全相同。由此可知通过测定显色卡颜色变化率，判断检测样品中是否含有这两大类农药，最终可以判断被测物中农药的残留量是否超出规定标准。工作流程如图1所示，首先滴2～3 d洗脱液在待检测物表面，摩擦，得到样本提取液；取一片速测卡，撕去上盖膜，将样本提取液滴在白色药片上，恒温37 ℃放置10 min以上进行预反应；将速测卡对折，用手捏3 min，使红色药片和白色药片叠合发生反应；进行颜色判断，最终判断该被测物是否为不合格产品。

2 农药残留检测仪总体设计

农药残留检测仪包括两部分：恒温控制装置和颜色检测装置。两者都是以单片机为设计核心，整体控制各模块的工作状态，实现其功能。输入模块包含键盘按键、温度传感器以及颜色传感器，以继电器和LCD电子屏作为输出模块，通过DS18B20采集反应装置中的温度信号并直接传递到芯片内部进行必要处理，TCS230则是采集测试卡颜色的信息送给单片机处理，系统设计框图如图2所示。

恒温控制部分中最重要的器件就是温度传感器DS18B20，利用它的检测特性和单片机的控制功能确保提供一个恒温的反应环境。化学反应则是利用酶抑制法的原理进行的，底物为乙酰胆碱，显色剂是二硫双硝基苯甲酸，把乙酰胆碱酯酶与瓜果蔬菜的样品提取液按一定比例混合，通过一段时间的反应后速测卡进行前后颜色的对比[4]。颜色检测部分利用颜色传感器将显色卡的颜色信息传递给单片机进行处理，将最后结果以数值的形式显示在LED或是LCD上，显示结果为化学反应后速测卡颜色变化后的RGB值。当数值出现后再对照相应的反应数值表对瓜果蔬菜上残留农药的浓度进行判断。

3 农药残留检测仪软件设计

运用检测仪时，首先打开恒温装置使其进行预热，当温度达到37 ℃时将瓜果蔬菜的提取液滴在白色药片上，在保证表面湿润的情况下，放入恒温装置中静置10 min。再取出将速测卡对折，重新放入装置中进行3 min的反应。反应温度需保持在36～38 ℃。在此过程中温度传感器实时采集装置内部的温度，将信号传递给单片机，单片机将处理后的结果及时显示在LCD上[5]。若装置温度高于38 ℃则断开继电器，加热片停止加热；当温度低于36 ℃时，加热片恢复加热，保证温度控制在要求范围，软件系统的主流程图如图3所示。5 min后取出化学试纸，将发生颜色变化的半边试纸剪下然后放入颜色检测装置，排除外界光线的干扰后进行检测，TCS230颜色传感器通过光的反射原理实时采集试纸信息传递给单片机，通过按键切换显示状态，单片机通过必要处理后将其结果以数值的形式显示在LCD上，等到显示数值相对稳定时及时记录。

在使用传感器时首先进行系统初始化，设置相关参数。颜色模块程序设计包含以下3个环节：白平衡调节、颜色识别以及判断进程[6]。TCS230传感器的工作流程图如图4所示。

4 检测与结果

按设计要求将系统所用到的所有硬件设备进行连接，然后将已经编写好的C语言程序下载到单片机芯片中，进行实验并记录实验数据。实验中使用了天河绿洲果蔬菜农残留速测卡，所测农药为甲拌磷。将不同浓度的甲胺磷水溶液滴一滴到速测卡的白色药片，在37 ℃预反应10 min，药片表面保持湿润。将速测卡对折，用恒温装置压3 min，使红色药片与白色药片叠合发生反应。反应后，用剪刀将白色药片部分剪下，用设计的农药残留检测仪进行测试，记录蓝光强度值如表1所示。

当农药残留浓度在0～10 mg/L时，蓝光强度随农药残留浓度的增加急剧下降；当超农药残留浓度大于10 mg/L后，蓝光强度值衰减非常缓慢，维持在233～238之间。将数据用Origin软件作图并按照一级e指数衰减进行拟合，结果如图5所示。