劉磊 任飛 陳君宇 馮敏

摘要：AD5933是一款高精度的阻抗測(cè)量芯片。本文利用AD5933和單片機(jī)等器件設(shè)計(jì)了一款注水肉快速檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)受檢肉類的阻抗譜信息，然后與標(biāo)準(zhǔn)肉類的標(biāo)準(zhǔn)阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而判斷受檢肉是否注水肉，為注水肉的檢測(cè)提供了科學(xué)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)阻抗的測(cè)量范圍為100Ω～10MΩ，頻率分辨率小于0.1Hz，精度為0.5%，能夠滿足一般肉類阻抗頻譜測(cè)試的要求。

關(guān)鍵詞：AD5933 注水肉 檢測(cè) 設(shè)計(jì)

1 概述

注水肉是肉品經(jīng)營(yíng)人用強(qiáng)制的手段往肉里注水，以水增重來多賣錢的一種損害消費(fèi)者利益的違法肉，不法商販為謀取暴利，市場(chǎng)上的注水肉也越來越多，成為嚴(yán)重威脅人們身體健康的一大公害。

本文采用STC89C52單片機(jī)作為控制器，利用電極、阻抗測(cè)量器件AD5933、放大電路、4位LED數(shù)碼管等器件，設(shè)計(jì)了一款高精度的肉類水分測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)受檢肉類組織的阻抗數(shù)據(jù)，通過一系列的科學(xué)計(jì)算得出受檢肉類是否注水，從而為執(zhí)法部門檢驗(yàn)注水肉提供有力的證據(jù)，在很大程度上保障了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 肉類水分測(cè)量原理

2.1 肉類水分與阻抗的關(guān)系

通過對(duì)家禽肉類在無線電頻率[4]范圍內(nèi)導(dǎo)電特性的研究發(fā)現(xiàn)，肉類的水分與阻抗特性基本成對(duì)數(shù)關(guān)系：

ZX=a+log■■（1）

式（1）中，ZX為肉制品的阻抗，M為肉制品水分含量，a、b均為常數(shù)，取值與被測(cè)肉類的品種有關(guān)[1]，且0

2.2 AD5933阻抗測(cè)量方法及原理

AD5933是一款高精度的阻抗測(cè)量芯片，它是基于比例測(cè)量的方法來測(cè)量阻抗的，其測(cè)量原理非常簡(jiǎn)單，用一個(gè)運(yùn)算放大器接成電壓并聯(lián)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)即可[2]。AD5933的比例測(cè)量原理如圖2所示。

圖2中，在輸入接入一阻抗ZX，在反饋回路接入一反饋電阻RFB。由理想運(yùn)放的“虛短”“虛斷”，通過推導(dǎo)，有：

ZX=■=■=-R■×■（2）

3 系統(tǒng)硬件組成及實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

本系統(tǒng)的硬件電路組成框圖如圖3所示。

信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)被測(cè)樣品的衰減，得到與水分含量成正比的水分測(cè)量信號(hào)，阻抗測(cè)量信號(hào)放大后經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與標(biāo)準(zhǔn)肉類的阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，直接判斷受檢肉是否注水。

阻抗測(cè)量電路主要由AD5933來完成[3]。若AD5933的VOUT峰峰值為2V（2Vp-p），對(duì)3塊不同的受檢肌肉，在常溫下（25°C），選用不同的反饋電阻RFB和標(biāo)定電阻R，對(duì)受檢肉的阻抗模Z■的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)對(duì)多塊受檢肉的測(cè)量結(jié)果

■

標(biāo)定電阻R的精度要求較高，這樣在一定程度上可保證阻抗ZX的測(cè)量準(zhǔn)確性。由于AD5933內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的最高輸入電壓U為2V，經(jīng)過推導(dǎo)和計(jì)算，對(duì)每次測(cè)量選用3種不同阻值的標(biāo)定電阻R，并使反饋電阻和標(biāo)定電阻的比值RFB/R保持在0.2和0.066之間，這樣就可以保證A/D 轉(zhuǎn)換器工作在線性工作區(qū)。

4 結(jié)論

由AD5933將ADC轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)I2C總線送給單片機(jī)進(jìn)行處理后，直接在顯示器上顯示受檢肉類的阻抗數(shù)據(jù)，然后與未注水的標(biāo)準(zhǔn)肉類的標(biāo)準(zhǔn)阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得出受檢肉是否合格肉或注水肉。

利用高精度的阻抗測(cè)量器件AD5933對(duì)受檢肉類的阻抗進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而為注水肉的檢測(cè)提供有力的判斷依據(jù)，在一定程度上打擊了某些屠宰場(chǎng)的不法行為，保障了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)具有安全可靠、測(cè)量準(zhǔn)確、不破壞受檢肉、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊宇祥，王玨，牛飛龍，等.基于AD8302的生物阻抗頻譜測(cè)量?jī)x的研制[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2006，27（06）：168-170.

[2]傅元，吳然，韓吉聲.AD5933測(cè)量水電導(dǎo)率電路設(shè)計(jì)中的若干問題[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011（7）：63-65.

[3]黎步銀，黃兆祥，幸會(huì)，等.基于AD5933的阻抗頻譜測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008，24（10）：288-290.

基金項(xiàng)目：受2013年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號(hào)：201310702003。