基于比色传感阵列的农残检测系统设计研究

摘要

我国是世界上农药使用量最大的国家，由农药残留引起的环境污染问题和食品安全问题日益突出，严重威胁国民健康。现有的农药残留检测方法中，仪器分析法因需要大型分析设备、检测过程繁琐复杂等原因而不适用于现场检测，快速筛选检测法虽可用于现场检测，但准确度不够。近年来出现的比色传感阵列有望为农残检测提供一种新的检测方法。
　　本文在课题组前期使用比色传感阵列对农药残留进行检测的探索研究基础上，利用比色传感阵列上各敏感点可与不同的待测样品发生不同程度的交叉响应而产生不同颜色变化的原理，研究设计了一套新型的农药残留检测系统，并建立了基于该系统的实验方法体系，为研究开发基于比色传感阵列的新型农药残留检测方法提供了基础。本文的具体研究内容主要包括以下几个方面：
　　（1）分析总结前期使用比色传感阵列所进行的农药残留检测研究，发现其检测流程存在全程手工操作、加样方法粗糙、对检测条件缺乏监测及控制、易引入干扰图谱等不足之处。本文在分析原有检测流程的基础上，建立了一套便于实现自动化的规范检测流程。
　　（2）根据所提出的检测流程对系统的总体结构和功能进行了相应的设计，该系统在整体上可分为上位机和下位机两部分。上位机为计算机，负责向下位机发送控制指令，接收检测温度信息，以及完成对比色传感阵列的图像采集；下位机为PIC微控制器，负责接收指令以辅助上位机完成对检测温度和检测流程的控制，实现自动化检测。下位机部分根据模块化设计思想，完成了对步进电机运动控制、温度监测及控制、串口通信、背景光源和超声雾化器控制等功能模块的设计，并制作了PCB板。
　　（3）根据系统的功能需求，分别在VS2008和MAPLAB开发环境下，完成了对上、下位机程序的编写。上位机程序的功能包括图像采集、串口通信和提供交互界面；下位机程序包括各功能模块控制程序和主控程序，实现了步进电机的运动定位控制、检测温度的监测及控制、串口通信等功能。
　　（4）对系统先后进行了模块级测试和整体测试，证实系统可实现各预设的功能。使用所设计的系统对配制的3种农药溶液进行检测试验，结果表明系统对不同农药溶液的检测区分效果良好。

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目录

1 绪 论

1.1课题的研究背景和意义

1.2农药残留检测技术概述

1.3比色传感阵列研究概述

1.4本文的主要工作及章节安排

2 系统总体设计

2.1检测原理

2.2系统功能需求分析

2.3检测流程

2.4系统结构及功能设计

2.5本章小结

3 系统硬件设计与实现

3.1图像采集模块

3.2微控制器模块

3.3步进电机驱动控制模块

3.4温度监测及控制模块

3.5超声雾化器控制模块

3.6背景光源驱动控制模块

3.7串口通信模块

3.8电源模块

3.9 PCB板设计制作

3.10本章小结

4 系统软件设计

4.1上位机程序设计

4.2下位机控制程序设计

4.3 本章小结

5 系统测试

5.1模块测试

5.2整体测试

5.3本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：