岳朋闖,，王威，韓崇安,，張偉峰

　?。ê幽瞎I(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)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(yán)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(jì)了以STM32為控制核心的赤霉病小麥電處理實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，從而實(shí)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(jī),，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警和控制,，達(dá)到減小外界因素對赤霉病小麥電處理的影響,。實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)裝置測量精度高,、便于調(diào)節(jié),，能夠?yàn)槌嗝共⌒←滊娞幚硖峁┛煽康谋ＷC。

　　關(guān)鍵詞：DON毒素,；處理室,；實(shí)驗(yàn)參數(shù)；STM32

　　中圖分類號：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.021

　　引用格式：岳朋闖,，王威,，韓崇安，等. 基于STM32赤霉病小麥實(shí)驗(yàn)裝置檢測系統(tǒng)［J］.微型機(jī)與應(yīng)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(yán)重的一種單端孢霉烯族毒素，它一旦進(jìn)入人或者動(dòng)物體內(nèi),，會嚴(yán)重影響健康,。目前，對于DON毒素降解的方法主要有生物,、化學(xué)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(jìn)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(xué)法主要是利用化學(xué)試劑將赤霉病毒素從麥粒中脫除,，需要采用化學(xué)試劑,，易造成二次污染，危害身體健康,；物理法一般是靠機(jī)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?zhǔn)セ钚裕?-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(yīng)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(jì)了一套DON毒素電處理實(shí)驗(yàn)檢測裝置，以實(shí)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(jī)、PC作為上位機(jī)的多傳感器檢測與控制系統(tǒng),，實(shí)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(jī)和下位機(jī)同時(shí)對技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的實(shí)用系統(tǒng),。

1總體設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行顯示。微控制器與PC進(jìn)行無線通信［6］,，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)實(shí)時(shí)對系統(tǒng)的電壓,、電流、溫度等一系列技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,，同時(shí)上位機(jī)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要對相應(yīng)技術(shù)參數(shù)發(fā)送控制信號給下位機(jī),，下位機(jī)控制相應(yīng)模塊進(jìn)行調(diào)整，完成對實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)的檢測與控制［7-8］,。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　赤霉病小麥實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)檢測系統(tǒng)在主控制器下有條不紊地運(yùn)行,，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)的檢測與控制。

　　2.1控制器STM32F103ZE

　　意法半導(dǎo)體公司32位單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：（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(qiáng)型外設(shè)和I/O 口；（4）標(biāo)準(zhǔn)的通信接口包含有： I2C總線和SPI串口各2個(gè),、1個(gè)I2S,、2個(gè)USART串口、1 個(gè)HDMI CEC等。在設(shè)計(jì)赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)裝置的檢測與控制系統(tǒng)時(shí),，需要實(shí)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(jìn)行顯示與數(shù)據(jù)分析。因此,，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇有豐富的接口資源,、強(qiáng)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(gè)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(jì)的赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)裝置,，電壓,、電流更是不可或缺的技術(shù)參數(shù)。為了準(zhǔn)確地測量電壓,、電流參數(shù)的大小,，本系統(tǒng)電壓采集運(yùn)用電阻式分壓器進(jìn)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R24R23，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(yùn)用霍爾效應(yīng)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置力求對環(huán)境狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測,，方便對環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而減少對處理實(shí)驗(yàn)的影響,。赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)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(jì)要求,，溫度檢測通過DS18B20的DQ管腳進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,；濕度傳感器DHT11具有獨(dú)特的單總線特點(diǎn)，當(dāng)主機(jī)想讓DHT11做動(dòng)作時(shí),，首先主機(jī)應(yīng)該發(fā)送開始命令,，然后等待DHT11的回應(yīng),，檢測到信號之后,，DHT11就可以接收數(shù)據(jù)，進(jìn)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(biāo)定，從而達(dá)到測量效果［9］,。

　　2.4數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)

　　圖4液晶顯示電路圖本實(shí)驗(yàn)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(dòng)芯片為ILI9341。STM32與ILI9341的通信通過STM32F103自帶的FSMC接口實(shí)現(xiàn),，從而達(dá)到控制液晶模塊正常顯示的目的,。

3軟件設(shè)計(jì)

　　在赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)裝置中的檢測與控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，主要的工作是對STM32F103進(jìn)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(jì)部分主要是針對霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，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(jìn)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(gè)最高的和一個(gè)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(shí)驗(yàn)裝置完成后,，啟動(dòng)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(jī),，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)同時(shí)監(jiān)測,，同時(shí)PC可以發(fā)送控制信號給單片機(jī),，完成對處理室的檢測與控制。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　為了更好地測試赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)裝置的性能,，分多次進(jìn)行設(shè)備整體運(yùn)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(jìn)行對其他相應(yīng)參數(shù)的測量，觀察各個(gè)數(shù)據(jù)的變化情況,，同時(shí)觀察單片機(jī)LCD顯示和PC機(jī)監(jiān)測與控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況,，并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)。運(yùn)行情況如圖6所示,。

　　通過對赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置檢測系統(tǒng)可以正常運(yùn)行,，基本可以完成實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確地將實(shí)驗(yàn)裝置采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，反映出設(shè)備通信模塊運(yùn)行良好,。

5結(jié)論

　　在赤霉病小麥電處理實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)研究的過程中,，根據(jù)電處理實(shí)驗(yàn)裝置處理實(shí)驗(yàn)樣品時(shí)的關(guān)鍵因素——電場強(qiáng)度、溫度,、作用時(shí)間等,，設(shè)計(jì)了以微控制器STM32為核心、PC機(jī)針對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的檢測與控制系統(tǒng),?？蓪?shí)現(xiàn)對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算、顯示,、閾值報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置的各種狀態(tài)量，調(diào)節(jié)和控制試驗(yàn)過程,。

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