【正文】 集系統(tǒng)中采用單片機(jī)技術(shù)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，使之成為智能儀表后能夠解決許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題。在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)，與單片機(jī)相關(guān)的技術(shù)不斷更新，未來(lái)應(yīng)用會(huì)更加廣 。 3 總體設(shè)計(jì)方案介紹 課題介 紹 本課題的便攜式農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)借助于微電子技術(shù)的高速發(fā)展。 本課題擬在研究構(gòu)建微型化、檢測(cè)速度快、可靠、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)原理不同于上述的新一代能滿(mǎn)足食品生產(chǎn)安全過(guò)程中農(nóng)藥殘毒智能式快速檢測(cè)儀。 如我國(guó)普遍采用酶促反應(yīng)或免疫化學(xué)方法，因反應(yīng)體系復(fù)雜，易受環(huán)境溫度、酶的活性、介質(zhì)和共存組分的影響，導(dǎo)致分析信號(hào)本身的可靠性和重 現(xiàn)性存在較嚴(yán)重不足；分析物的檢測(cè)往往采用色譜 和質(zhì)譜檢測(cè)器等，這給儀器的微型化帶來(lái)極大的困難。如農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)儀（吉林出入境檢驗(yàn)檢疫局）、食品安全檢測(cè)車(chē)（國(guó)家質(zhì)檢研究院和吉林大學(xué)）和先進(jìn)農(nóng)殘測(cè)定 MRSM 技術(shù)（從美國(guó)引進(jìn)、消化），這些產(chǎn)品對(duì)農(nóng)殘快速檢測(cè)起到了一定的作用。該類(lèi)方法的缺點(diǎn)是前處理、設(shè)備和工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不適用于現(xiàn)場(chǎng)快 速檢測(cè)。淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 2 頁(yè) 共 28 頁(yè) 農(nóng)藥殘留的檢測(cè)方法分為大型儀器檢測(cè)和快速檢測(cè)，大型儀器檢測(cè)主要采取氣質(zhì)聯(lián)用儀、液相色譜等方法，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總署（ EPA）和 California 州州政府實(shí)驗(yàn)室采用快速全掃描技術(shù)對(duì)蔬菜水果中農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)。只有開(kāi)發(fā)出廉價(jià)方便的農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)微型智能分析儀，才是解決我國(guó)食品安全從源頭控制的必由之路 [11]。 因此開(kāi)發(fā)殘留農(nóng)藥分析儀器成為了擺在人們面前的一個(gè)課題， 開(kāi)發(fā)農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)分析儀器必須充分考慮到我國(guó)的基本國(guó)情。 鑒于我國(guó)農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用上存在一些問(wèn)題，在 注重 食品安全的今天，加強(qiáng)對(duì)食品中農(nóng)殘的檢測(cè)，非常必要和及時(shí) 。隨 著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)越來(lái)越依賴(lài)于農(nóng)藥、抗生素和激素等外源物質(zhì)。 隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)越來(lái)越依賴(lài)于農(nóng)藥、抗生素和激素等外源物質(zhì)?；搓幑W(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 1 頁(yè) 共 28 頁(yè) 1 引言 中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)穩(wěn)定的全局。農(nóng)作物病、蟲(chóng)、草害等是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要生物災(zāi)害 ， 在生物災(zāi)害的綜合治理中，根據(jù)目前植物保護(hù)學(xué)科發(fā)展的水平，化學(xué)防治仍然是最方便、最穩(wěn)定、最有效、最可靠、最廉價(jià)的防治手段 。我國(guó)農(nóng)藥在糧食、蔬菜、水果、茶葉上的用量居高不下，而這些物質(zhì)的不合理使用必將導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留超標(biāo)，影響消費(fèi)者食用安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成消費(fèi)者致病、發(fā)育不正常，甚至直接導(dǎo)致中毒死亡。我國(guó)農(nóng)藥在糧食、蔬菜、水果、茶葉上的用量居高不下，而這些物質(zhì)的不合理使用必將導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留超標(biāo)，影響消費(fèi)者食用安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成消費(fèi)者致病、發(fā)育不正常，甚至直接導(dǎo)致中毒死亡 [10]。一是農(nóng)民不按規(guī)定的用藥量、次數(shù)、方法或安全間隔期施藥，或施用不允許在蔬菜上使用的劇毒、高毒農(nóng)藥；二是現(xiàn)在施行的農(nóng)藥殘留測(cè)定需要通過(guò)有機(jī)熔劑提取、 凈化和使用大型分析儀器進(jìn)行，無(wú)法對(duì)廉價(jià)的蔬菜進(jìn)行隨時(shí)隨地或快速的檢測(cè)，因而形成的監(jiān)管不到位；最關(guān)鍵的問(wèn)題是在農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工過(guò)程和市場(chǎng)檢測(cè)監(jiān)督方面，缺乏多殘留有害物質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單有效的快速檢測(cè)手段。如果在我國(guó)也采用發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)行的大型儀器檢測(cè)，不僅會(huì)因儀器昂貴不能普及，而且極高的分析成本也將使農(nóng)產(chǎn)品無(wú)利可圖。 2 課題研究背景 本課題為 淮陰工學(xué)院承擔(dān)的 淮安 市科技計(jì)劃項(xiàng)目， 農(nóng)藥殘留物檢測(cè)是當(dāng)前國(guó)際前沿領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前國(guó)際上尚無(wú)有效的農(nóng)藥殘留物快速檢測(cè)手段。單組樣檢測(cè)時(shí)間 小時(shí)到 3 小時(shí)，檢測(cè)極限可以達(dá)到 109，代表了國(guó)際先進(jìn)水平。 目前，我國(guó)在農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)分析儀器小型化方面做了大量的工作，相繼開(kāi)發(fā)出多種產(chǎn)品實(shí)用于農(nóng)藥殘毒的快速檢測(cè)。但縱觀現(xiàn)有的農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)方法，我們發(fā)現(xiàn)并未從根本上解決影響儀器可靠性、分析速度和小型化的主要技術(shù)障礙，體積還較龐大，攜帶不方便，檢測(cè)速度較慢，每測(cè)一次需要幾十分鐘，所以它們?nèi)圆荒軡M(mǎn)足我國(guó)農(nóng)藥殘毒快速的檢測(cè)的實(shí)際需要。因此，現(xiàn)有的農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)的方法僅限于條件較好的科研機(jī)構(gòu)、政府主管部門(mén)使用。 同時(shí)設(shè)計(jì)出農(nóng)藥殘留讀性分析儀的控制系統(tǒng) 。目前，在研制高精度、高性能、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒(méi)有不考慮采用微處理器使之成為智能儀表的，而在儀器儀表中使用最多的微處理器就是單片機(jī)單片機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，以它為核心的產(chǎn)品層出不窮，并且在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。在控制系統(tǒng)中，單片機(jī)為核心器件，輔助以其他的外圍設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 3 頁(yè) 共 28 頁(yè) 對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制， 因此，單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng) 成為了廣大愛(ài)好者的首選 。同時(shí)還能簡(jiǎn)化儀表電路，提高儀表的可靠性，降低儀表的成本以及加快新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。 本課題選擇以單片機(jī)為控制核心組成的控制系統(tǒng)。 AT89C55 做 為 atmel 系列的單片機(jī)，早就被廣大愛(ài)好者所熟悉，它和 8051 的指令是兼容的， 具有 8051 的全部功能 ，同時(shí)還對(duì) 8051 的功能進(jìn)行了改進(jìn)，它具有 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)，使其單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能有了大的改進(jìn)，使其功耗更低，且允許在系統(tǒng)內(nèi)改變或用編程器編程 。 4． 2 AT89C55 重要引腳功能說(shuō)明 [14] P3口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口。對(duì) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3口除了作為一般的 I／ O口線外，更重要的用途是它的第二功能， 如 表 所示 ： P3口還接收一些用于 Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 l／ 6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對(duì) Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令 ALE才會(huì)被激活。 表 P3口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) I— N— T— 0— (外部中斷 0) I— N— T— 1— (外部中斷 1) T0(定時(shí)計(jì)數(shù) 0外部輸入 ) T1(定時(shí)計(jì)數(shù) 1外部輸入 ) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 5 頁(yè) 共 28 頁(yè) W— R— (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) R— D— (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外 部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。 EA/VPP： 外部訪問(wèn)允許。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。 Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。多晶硅光電二極管對(duì)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 6 頁(yè) 共 28 頁(yè) 光電轉(zhuǎn)換 ,把一定光譜的光轉(zhuǎn)換成電流 ,再由電流 / 頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率。 S0 S1 S2 S3 電源 圖 TSL的原理功能框圖 4． 4 EDM128128 EDM128128 顯示模塊顯示 128（ W） 128（ H）全點(diǎn)陣形式，內(nèi)藏 T6963C 顯示控制器，可直接適配于 8080MPU 和 Z80MPU 的接口信號(hào)；以圖形方式、文本方式或圖形與文本合成方式進(jìn)行顯示。 C/D=”H” 。寫(xiě)數(shù)據(jù) /WR=” H” 。讀命令， C/D=” L” 。該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、 2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換 TIA/EIA232F 電平 。 8V。 5V 驅(qū)動(dòng)器輸出電壓最小值的要求，其中包括 3k?的負(fù)載電阻最小值， VCC= +，以及最高工作溫度。輸入門(mén)限兼容于 TTL 和 CMOS 邏輯。上拉電阻將未使用的驅(qū)動(dòng)器輸出端 強(qiáng)制為低電平，因?yàn)樗序?qū)動(dòng)器都是反相的。輸出可以被驅(qū)動(dòng)到177。在關(guān)斷模式下，電源電流通常降至 8μ A。輸入門(mén)限設(shè)定為 和 ，驅(qū)動(dòng)器既響應(yīng) TTL 電平輸入，也響應(yīng) EIA/TIA232E 與 電平。 25V 的過(guò)壓輸入，并提供標(biāo)稱(chēng)值為 5千歐的輸入端接電阻。接收器輸入滯回的典型值為 ，并可確保 最小值。接收器傳輸延時(shí)典型值為 600ns，與輸入擺幅方向無(wú)關(guān)。 10V(空載 )，為 RS232 驅(qū)動(dòng)器提供工作電壓?？梢詮?+10V(V+)和 10V(V)輸出端獲取少量的電源功率 ，為外部電路供電 (參見(jiàn)典型工作特性部分 )；當(dāng) V+、 V為外部電路提供電流時(shí)，注意不要因?yàn)樗迂?fù)載的原因使 V+、 V低于 EIA/TIA232E 驅(qū)動(dòng)器輸出電壓最小值177。使用 MAX232的關(guān)斷功能時(shí)，應(yīng)避免 V+與 V為外部電路供電。對(duì)于那些能夠?qū)? +10V 外部電源提供到 V+引腳 (而不是使用內(nèi)部電荷泵來(lái)產(chǎn)生 +10V)的應(yīng)用，一定不要安裝電容 C1，并且必須將 SHDN 引腳連接至 VCC，這是因?yàn)樵陉P(guān)斷模式下 V+被內(nèi)部連接到 VCC[15]。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中的。假如采用 12MHZ 的晶振，那么復(fù)位時(shí)間大約是12μ S。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 9 頁(yè) 共 28 頁(yè) 5． 2 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)采用矩陣式鍵盤(pán)，它由行線和列線組成，按鍵位于 行、列的交叉點(diǎn)上，行線、列線分別接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端 。這樣要節(jié)省很多的 I/O口線。 把行線接到單片機(jī)的 列線接到單片機(jī)的 則在單片機(jī)的控制下，可以判別鍵盤(pán)中究竟是哪一個(gè)鍵被按下 。如果 都為高電平，則 這一列上沒(méi)有鍵閉合 ，如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平 ，則為低電平的行線和 相交的鍵處于閉合狀態(tài)；如果 這一列上沒(méi)有鍵閉合，接著使列線 為低電平，其余列線為高電平 ，同樣的方法檢測(cè) 這一列上有無(wú)鍵閉合，依此類(lèi)推，最后使