你的專屬“氣味尚宮”

李凱+張浩楠+葛延騰+崔璨

摘 要：文中設計的肉質鮮度檢測儀基于ARM內核的STM32微控制器，以H2S氣敏元件和AD5933阻抗測量芯片為核心，結構簡單，能夠實現快速測量以及無損檢測。該產品具有小巧輕便，手持可用等特點，免去了檢測理化特性帶來的不便，具有良好的經濟效益與社會效益。

關鍵詞：ARM；STM32；快速測量；無損檢測

1 作品簡介

你的專屬“氣味尚宮”是基于ARM內核的STM32微控制器，以H2S氣敏元件和AD5933阻抗測量芯片為核心，以實際的實驗數據為依托，搭建只需10多秒即可快速判定肉質的便攜肉質鮮度檢測儀。

本產品利用肉質腐敗時揮發出的H2S氣體來檢測肉質鮮度。經大量實驗得到其相關數據，并將數據編程以實現其功能，功能可靠。

本產品結構簡單，能夠實現快速測量以及無損檢測。長度約15 cm，寬約5 cm，高約1.5 cm，重量約為80 g，便于攜帶。該產品利用H2S氣敏元件，搭乘STM32微控制器，可十多秒快速測量肉質鮮度，并將所測內容顯示在OLED屏幕上。同時在檢測肉質鮮度時，由于利用氣體傳感器，故檢測時不與肉類發生接觸；在檢測肉質注水度時，將探頭置于樣本兩端可很快完成測量，觀察液晶屏幕顯示的結果即可獲知含水量。此舉保證了肉質的無損性。

專屬“氣味尚宮”實物圖如圖1所示。

2 工作原理

其工作原理如圖2所示。

2.1 肉質新鮮度

2.1.1檢測原理

我國食品衛生標準GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛生標準分析方法》中以揮發性鹽基總氮（TVB-N）測定作為肉新鮮度指標。然而，TVB-N的檢測較為復雜，在組成肉類的氨基酸中，有一些含有硫氫基的氨基酸，在肉品腐敗分解過程中，在細菌產生的脫硫基酶作用下發生分解能放H2S，以及其他揮發性氣體如NH3。因此可根據肉類在不同時期釋放氣體的程度來檢測肉質的新鮮度。

我們在試驗中對H2S/NH3兩種氣體均進行了檢測，通過實驗結果發現，H2S氣體檢測靈敏度較高，因此我們選擇H2S氣體傳感器。

傳感器（測量范圍為1～100 ppm范圍）通過測量當前環境中的H2S濃度，以一定時間間隔返回一個模擬電壓值，通過標定可以得到實際濃度。由于濃度與空間體積有關，因此有效的是在一定溫度下，單位時間單位體積肉品釋放的速率。氣體傳感器如圖3所示。

2.1.2 使用方法

（1）首先將探測器置于空氣環境中5 s，STM32通過AD轉換每0.375 s讀取氣敏元件傳回的數值并存儲。排序后舍掉最低的30%數據（通過圖像分析發現傳感器數值在真值附近波動，但有少部分分布在較低的水平），求平均數后測得環境溫度及空氣中傳感器讀值的平均數作為肉品釋放H2S氣體速率的零值標準。

（2）將探測器頭部置于裝有待測肉樣本的小塑料口袋中，測量十余秒。當程序中檢測到電壓數值驟降時開始存數，存滿一定范圍對數據做最小二乘回歸處理，求得斜率k。

（3）與實驗測得的標準數據做匹配，最終輸出肉質等級。

15日，H2S，3號肉開口放置，環境溫度32°密閉測量值回歸分析如圖4所示。

2.2 注水肉

2.2.1 檢測原理

通過查閱文獻，我們了解到肉類水分含量與肉品阻抗特性存在明顯的對數關系：Zx=a+logb（M）

Zx為待測肉樣本的阻抗，M為肉制品水分含量，a，b均為常數，取值與被測肉類的品種有關。文中采用AD5933高精度阻抗測量芯片，不僅能測得阻抗，還可以測量環境溫度。

AD5933測量阻抗的原理類似運算放大器，將測得的阻值和抗值分別存在實部、虛部寄存器中，通過I?C協議與STM32通信，由讀得的兩數據求模即可得到肉樣本的阻抗值。通過內置到程序里的標定表，輸出其測得的樣本含水百分數。

2.2.2 使用方法

將探頭置于樣本兩端即可很快完成測量，觀察液晶屏幕顯示的結果可獲知含水量。

3 創新點

相比于傳統方法，該作品利用H2S氣體傳感器進行肉質鮮度檢測，將吸收到的氣體信號通過AD轉換以數字形式顯示在單片機中，檢測速度快，方式新穎，并且免于與肉體進行接觸，保證肉質檢測時的無損性。此外，該作品利用AD5933阻抗芯片無損檢測肉質注水程度，符合當前社會研究的主要方向。同時使用OLED屏幕顯示內容，在減少該儀器總體質量的同時，也保證了其顯示內容的準確性。采用轉電壓模塊，普通電池就能供電，使用便捷。

就作品本身而言，該肉質鮮度檢測儀小巧輕便，手持可用，免去了檢測理化特性帶來的不便，減少了傳統方法的繁瑣程度。

4 市場前景

隨著肉類消費量的增加，肉質鮮度的檢測成為當前的熱點問題。我們設計的這款肉質鮮度檢測儀方便攜帶、簡便快速、操作可靠，是一款符合當前社會潮流的技術作品。另外相對于國內外針對該類產品的研究，大多處于實驗室階段，需嚴格保證其無菌性、溫度等，而現行所有的電子技術也因其價格高昂，難以推廣。

希望未來的肉質鮮度檢測儀可以小型集成化，進一步集成與手機相接，通過手機供電，以手機平臺為依托進行處理和顯示；探測多元精準化，實現與手機互聯計劃，加入視覺處理或其他檢測手段，組合達到最高的檢測精度；無損化，使用的檢測手段盡量無損化，便于消費者在購買時鑒定使用；功能多樣化，除了檢測注水肉，肉品新鮮度，還試圖加入肉的種類測定及其他功能；成本最低化，做市場推廣時，必然要降低成本，使其性價比更高；實時化，可以置于冰箱中與肉品放在一起，實時檢測肉品的保存質量；達到平臺系統化，建立一個高品質肉類生產到銷售的完整平臺。該平臺具有如下特點：

（1）肉品宰割時由屠宰場將肉的品種、宰割時間等信息以二維碼（有加密措施）的形式噴在肉皮上，替代原始的噴標。

（2）每經過一層中間處理或銷售，就在該層將信息更新到二維碼中。

（3）到最終銷售商販時，消費者可以通過手機掃描該二維碼獲取肉質基本信息，然后無損檢測欲購肉品的狀況。