岳朋闖,，王威，韓崇安,，張偉峰
?。ê幽瞎I(yè)大學 電氣工程學院，河南 鄭州 450001）
摘要：脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol,，簡稱DON毒素）是存在于小麥,、玉米等糧食作物中的一種真菌毒素，不僅影響了糧油食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，更對人們的身體健康帶來了嚴重的威脅,。以高壓電場和電力電子測控技術(shù)作為理論基礎(chǔ)，設(shè)計了以STM32為控制核心的赤霉病小麥電處理實時檢測系統(tǒng),，從而實現(xiàn)對赤霉病小麥處理室的溫度,、濕度、環(huán)境光以及電壓電流等參數(shù)的檢測與顯示,。系統(tǒng)以無線WiFi模塊作為載體,，將關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)傳送到上位機，實現(xiàn)上位機實時顯示,、報警和控制,，達到減小外界因素對赤霉病小麥電處理的影響。實驗表明,，實驗裝置測量精度高,、便于調(diào)節(jié)，能夠為赤霉病小麥電處理提供可靠的保證,。
關(guān)鍵詞：DON毒素,；處理室；實驗參數(shù),；STM32
中圖分類號：TP29文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.021
引用格式：岳朋闖,，王威，韓崇安,，等. 基于STM32赤霉病小麥實驗裝置檢測系統(tǒng)［J］.微型機與應用,，2016,35（23）：73-75，79.
0引言
脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(簡稱DON毒素)是小麥及其制品污染最嚴重的一種單端孢霉烯族毒素,，它一旦進入人或者動物體內(nèi),，會嚴重影響健康。目前,，對于DON毒素降解的方法主要有生物,、化學和物理的方法，其中生物法主要是利用微生物相互克制的原理以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)對赤霉病小麥在發(fā)病期進行防治,，但是該方法工作環(huán)境惡劣,、工作量大，具有局限性,；化學法主要是利用化學試劑將赤霉病毒素從麥粒中脫除,，需要采用化學試劑，易造成二次污染,，危害身體健康,；物理法一般是靠機械加工、高溫,、低溫或輻射除去麥粒中的赤霉病毒素,，容易造成小麥失去活性［1-3］。
根據(jù)高壓電場技術(shù)在殺菌消毒,、食品保鮮等方面的應用［4-5］,，結(jié)合環(huán)境參數(shù)對高壓電場處理赤霉病小麥的影響，設(shè)計了一套DON毒素電處理實驗檢測裝置,，以實現(xiàn)對處理室的溫濕度,、環(huán)境光和電壓電流相關(guān)技術(shù)參數(shù)的檢測與控制。采用STM32F103為下位機,、PC作為上位機的多傳感器檢測與控制系統(tǒng),，實現(xiàn)了PC端輸入控制的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，處理室相關(guān)技術(shù)參數(shù)控制在恒定的設(shè)定值,，上位機和下位機同時對技術(shù)參數(shù)進行監(jiān)控的實用系統(tǒng),。
1總體設(shè)計方案
本檢測與控制系統(tǒng)主要由微控制器STM32F103、參數(shù)檢測模塊,、顯示模塊,、無線WiFi通信模塊和控制電路組成,，系統(tǒng)框圖如圖1所示。檢測模塊用于檢測實驗裝置中的電壓,、電流,、溫濕度以及環(huán)境光等參數(shù)。由于STM32有多路高速串口通信,，可以快速讀取采集的技術(shù)參數(shù),，并由液晶屏對處理后的技術(shù)參數(shù)進行顯示。微控制器與PC進行無線通信［6］,，實現(xiàn)上位機和下位機實時對系統(tǒng)的電壓,、電流、溫度等一系列技術(shù)參數(shù)進行監(jiān)測,，同時上位機可以根據(jù)實驗需要對相應技術(shù)參數(shù)發(fā)送控制信號給下位機,，下位機控制相應模塊進行調(diào)整，完成對實驗技術(shù)參數(shù)的檢測與控制［7-8］,。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
赤霉病小麥實驗裝置檢測系統(tǒng)的硬件主要有控制芯片STM32F103ZE,、溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器DHT11和環(huán)境光傳感器TCS230等,，本實驗檢測系統(tǒng)在主控制器下有條不紊地運行,，從而實現(xiàn)對實驗的檢測與控制。
2.1控制器STM32F103ZE
意法半導體公司32位單片機具有以下特點：（1）采用ARM CortexTM -M0 的32 位RISC內(nèi)核,；（2）擁有豐富且高速的嵌入式閃存,；（3）廣泛集成增強型外設(shè)和I/O 口；（4）標準的通信接口包含有： I2C總線和SPI串口各2個,、1個I2S,、2個USART串口、1 個HDMI CEC等,。在設(shè)計赤霉病小麥電處理實驗裝置的檢測與控制系統(tǒng)時,，需要實現(xiàn)電壓、電流的AD采集,，溫度,、濕度以及環(huán)境光等處理室參數(shù)的接收與發(fā)送，還要將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC監(jiān)測與控制子系統(tǒng)進行顯示與數(shù)據(jù)分析,。因此,，在系統(tǒng)設(shè)計中選擇有豐富的接口資源、強大的數(shù)據(jù)處理能力以及穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸性能的STM32F103ZE,。
2.2電壓電流檢測
對于一個開關(guān)電源來說,，電壓、電流是考量其性能的最重要的參數(shù)。本次設(shè)計的赤霉病小麥電處理實驗裝置,，電壓,、電流更是不可或缺的技術(shù)參數(shù)。為了準確地測量電壓,、電流參數(shù)的大小,，本系統(tǒng)電壓采集運用電阻式分壓器進行電壓測量。電阻式分壓器共由兩組電阻組成,，如圖2所示，其中R24R23,，因此R24又被稱為高壓臂電阻,， R23被稱為低壓臂電阻，這種形式的電阻分壓器稱為理想分壓器,，其分壓比為：
電流采集運用霍爾效應原理檢測電流,，從圖3可知，高壓輸出模擬電路的電流通過IP+和IP-端流入電流傳感器,，在OUT端子輸出的電壓信號可被單片機STM32檢測與分析處理,。電流傳感器的OUT端子輸出的電壓值與被測電流的關(guān)系式為：VOUT=0.185×IP+2.5。
2.3處理室環(huán)境監(jiān)測
赤霉病小麥電處理實驗裝置的環(huán)境檢測包括溫度,、濕度和環(huán)境光的檢測三部分,。本實驗裝置力求對環(huán)境狀況實時監(jiān)測，方便對環(huán)境進行調(diào)節(jié),，從而減少對處理實驗的影響,。赤霉病小麥電處理實驗裝置的處理室溫度測量采用傳感器DS18B20、濕度檢測采用傳感器DHT11,、環(huán)境光檢測采用傳感器TCS230,。根據(jù)設(shè)計要求，溫度檢測通過DS18B20的DQ管腳進行數(shù)據(jù)采集,；濕度傳感器DHT11具有獨特的單總線特點,，當主機想讓DHT11做動作時，首先主機應該發(fā)送開始命令,，然后等待DHT11的回應,，檢測到信號之后，DHT11就可以接收數(shù)據(jù),，進行必要的操作,；傳感器TCS230與微控制器STM32連接，通過控制器控制S2,、S3來選擇不同的濾光片,，并且通過OUT引腳將信號傳送給控制器，經(jīng)過內(nèi)部標定,，從而達到測量效果［9］,。
2.4數(shù)據(jù)顯示設(shè)計
圖4液晶顯示電路圖本實驗裝置采用的液晶模塊為2.8英寸TFT液晶顯示模塊,。該模塊具有65K色顯示以及320×240的分辨率，接口采用的是16位8080并口,，并自帶觸摸功能,。其驅(qū)動芯片為ILI9341。STM32與ILI9341的通信通過STM32F103自帶的FSMC接口實現(xiàn),，從而達到控制液晶模塊正常顯示的目的,。
3軟件設(shè)計
在赤霉病小麥電處理實驗裝置中的檢測與控制子系統(tǒng)設(shè)計上，主要的工作是對STM32F103進行編程操作,，以及各種算法的處理,。其軟件工作流程框圖如圖5所示。
系統(tǒng)軟件設(shè)計部分主要是針對霉病小麥電處理實驗裝置的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計,，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的流程圖如圖5所示,，在系統(tǒng)的工作過程中，需要選擇采集的優(yōu)先級以及對檢測到的電壓,、電流和環(huán)境技術(shù)參數(shù)進行判斷和處理分析,，將處理得到的AD數(shù)據(jù)通過軟件優(yōu)化算法得到20次轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，排序并儲存,，舍棄一個最高的和一個最低的數(shù)據(jù),，將保留的數(shù)據(jù)求平均值，從而得到穩(wěn)定的采集數(shù)值,。
實驗裝置完成后,，啟動系統(tǒng)程序分別將采集的處理室的技術(shù)參數(shù)在LCD顯示，并將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到PC機,，實現(xiàn)上位機和下位機同時監(jiān)測,，同時PC可以發(fā)送控制信號給單片機，完成對處理室的檢測與控制,。
4實驗結(jié)果分析
為了更好地測試赤霉病小麥電處理實驗裝置的性能,，分多次進行設(shè)備整體運行測試［10］。設(shè)定參數(shù)電場電壓分別為1 kV,、2 kV,、5 kV。在這些電壓參數(shù)的基礎(chǔ)上分別進行對其他相應參數(shù)的測量,，觀察各個數(shù)據(jù)的變化情況,，同時觀察單片機LCD顯示和PC機監(jiān)測與控制系統(tǒng)的運行情況，并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù),。運行情況如圖6所示,。
通過對赤霉病小麥電處理實驗裝置參數(shù)采集與顯示的結(jié)果分析得出以下結(jié)論：（1）赤霉病小麥電處理實驗裝置檢測系統(tǒng)可以正常運行，基本可以完成實驗裝置的電壓、電流,、溫濕度等參數(shù)的采集及顯示功能,；（2）PC監(jiān)測與控制系統(tǒng)能夠準確地將實驗裝置采集的數(shù)據(jù)進行顯示，反映出設(shè)備通信模塊運行良好,。
5結(jié)論
在赤霉病小麥電處理實驗裝置技術(shù)研究的過程中,，根據(jù)電處理實驗裝置處理實驗樣品時的關(guān)鍵因素——電場強度、溫度,、作用時間等,，設(shè)計了以微控制器STM32為核心、PC機針對數(shù)據(jù)進行分析處理的檢測與控制系統(tǒng),?？蓪崿F(xiàn)對于實驗數(shù)據(jù)的計算、顯示,、閾值報警以及多屏關(guān)鍵參數(shù)波形顯示與保存，方便操作人員實時監(jiān)測實驗裝置的各種狀態(tài)量,，調(diào)節(jié)和控制試驗過程,。
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