便携式注水肉测量系统设计

刘磊 任飞 陈君宇 冯敏

摘要：AD5933是一款高精度的阻抗测量芯片。本文利用AD5933和单片机等器件设计了一款注水肉快速检测系统，该系统能够实时检测受检肉类的阻抗谱信息，然后与标准肉类的标准阻抗数据进行比较，从而判断受检肉是否注水肉，为注水肉的检测提供了科学的判断标准。本系统阻抗的测量范围为100Ω～10MΩ，频率分辨率小于0.1Hz，精度为0.5%，能够满足一般肉类阻抗频谱测试的要求。

关键词：AD5933 注水肉 检测 设计

1 概述

注水肉是肉品经营人用强制的手段往肉里注水，以水增重来多卖钱的一种损害消费者利益的违法肉，不法商贩为谋取暴利，市场上的注水肉也越来越多，成为严重威胁人们身体健康的一大公害。

本文采用STC89C52单片机作为控制器，利用电极、阻抗测量器件AD5933、放大电路、4位LED数码管等器件，设计了一款高精度的肉类水分测量系统。该系统能够实时检测受检肉类组织的阻抗数据，通过一系列的科学计算得出受检肉类是否注水，从而为执法部门检验注水肉提供有力的证据，在很大程度上保障了人民的生命财产安全。

2 肉类水分测量原理

2.1 肉类水分与阻抗的关系

通过对家禽肉类在无线电频率[4]范围内导电特性的研究发现，肉类的水分与阻抗特性基本成对数关系：

ZX=a+log■■（1）

式（1）中，ZX为肉制品的阻抗，M为肉制品水分含量，a、b均为常数，取值与被测肉类的品种有关[1]，且0

2.2 AD5933阻抗测量方法及原理

AD5933是一款高精度的阻抗测量芯片，它是基于比例测量的方法来测量阻抗的，其测量原理非常简单，用一个运算放大器接成电压并联负反馈结构即可[2]。AD5933的比例测量原理如图2所示。

图2中，在输入接入一阻抗ZX，在反馈回路接入一反馈电阻RFB。由理想运放的“虚短”“虚断”，通过推导，有：

ZX=■=■=-R■×■（2）

3 系统硬件组成及实验测量结果

本系统的硬件电路组成框图如图3所示。

信号发生器产生的标准信号经被测样品的衰减，得到与水分含量成正比的水分测量信号，阻抗测量信号放大后经信号调理电路转换成数字信号，送给单片机进行数据处理，并与标准肉类的阻抗数据进行比较，直接判断受检肉是否注水。

阻抗测量电路主要由AD5933来完成[3]。若AD5933的VOUT峰峰值为2V（2Vp-p），对3块不同的受检肌肉，在常温下（25°C），选用不同的反馈电阻RFB和标定电阻R，对受检肉的阻抗模Z■的测量和计算结果如表1所示。

表1 系统对多块受检肉的测量结果

■

标定电阻R的精度要求较高，这样在一定程度上可保证阻抗ZX的测量准确性。由于AD5933内部A/D转换器的最高输入电压U为2V，经过推导和计算，对每次测量选用3种不同阻值的标定电阻R，并使反馈电阻和标定电阻的比值RFB/R保持在0.2和0.066之间，这样就可以保证A/D 转换器工作在线性工作区。

4 结论

由AD5933将ADC转换器输出的数字信号经I2C总线送给单片机进行处理后，直接在显示器上显示受检肉类的阻抗数据，然后与未注水的标准肉类的标准阻抗数据进行比较，从而得出受检肉是否合格肉或注水肉。

利用高精度的阻抗测量器件AD5933对受检肉类的阻抗进行实时检测，从而为注水肉的检测提供有力的判断依据，在一定程度上打击了某些屠宰场的不法行为，保障了人民的生命财产安全。经过实验测试，该系统具有安全可靠、测量准确、不破坏受检肉、成本低廉等优点。

参考文献：

[1]杨宇祥，王珏，牛飞龙，等.基于AD8302的生物阻抗频谱测量仪的研制[J].仪器仪表学报，2006，27（06）：168-170.

[2]傅元，吴然，韩吉声.AD5933测量水电导率电路设计中的若干问题[J].仪表技术与传感器，2011（7）：63-65.

[3]黎步银，黄兆祥，幸会，等.基于AD5933的阻抗频谱测试系统设计与实现[J].微计算机信息，2008，24（10）：288-290.

基金项目：受2013年国家级大学生创新创业训练项目资助，项目编号：201310702003。