便攜式潲水油檢測儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、便攜式潲水油檢測儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)論文便攜式潲水油檢測儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)劉磊 LIU Lei ;康敏航 KANG Min-hang ;李旭 LI Xu ;任飛 REN Fei（西安工業(yè)大學(xué)光電工程學(xué)院，西安710021）摘要：潲水油對人體的生命健康造成非常大的影響，嚴(yán)重危害著人類的身體健康。本文利用生物電阻抗的方法，研制了一種潲水油快速檢測儀，該檢測儀能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的檢測受檢油品的組織變化，為潲水油的判別提供可靠的依據(jù)。關(guān)鍵詞：潲水油；快速檢測儀；AD5933 ;阻抗測量中圖分類號：R115文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（ 2015）24-0090-02基金項(xiàng)目：受2014年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)

2、業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目資助，資助項(xiàng)目編號：201410702018 。作者簡介：劉磊（1992-），男，陜西咸陽人，西安工業(yè)大學(xué) 2012級本科學(xué) 生，研究方向?yàn)槲C(jī)控制技術(shù)。0引言潲水油也叫地溝油、泔水油，是不法商販將收集來的潲水，經(jīng)過水油分離，過濾，去味等程序處理后，重新得到的油脂，流入食用油市場進(jìn)行銷售。潲水油 會(huì)對人體產(chǎn)生不同程度的毒害，國內(nèi)多個(gè)地方已發(fā)生由于食用潲水油引發(fā)中毒的 事件，食品安全越來越受到政府和人們的高度關(guān)注。|潲水油的實(shí)時(shí)快速檢測成為亟待解決的社會(huì)與技術(shù)難題，為了老百姓日常生 活的食油安全，減少甚至根除潲水油給人民帶來的嚴(yán)重危害，市場上急需準(zhǔn)確、 快速、便攜式的潲水油檢測儀器，因

3、此，研究方便、快捷、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的潲水油檢測儀就顯得非常重要和必要。1生物電阻抗頻譜技術(shù)及其在潲水油檢測中的優(yōu)勢生物電阻抗頻譜(Bioimpedanee Spectroscopy，BIS)是近二十年以來隨著測量技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的一種以多頻率、復(fù)阻抗測量為基礎(chǔ)的生物組織監(jiān) 測技術(shù)。對于潲水油來說，油品中的不同物質(zhì)改變了油品組織的導(dǎo)電特性，因此其阻抗頻譜特性必然也會(huì)發(fā)生顯著變化，使得潲水油的阻抗頻譜特性與正常油品組織 存在顯著差異。因此，利用 BIS技術(shù)來甄別潲水油成為可能。更重要的是，BIS測量周期很短，一般可以在1分鐘以內(nèi)實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻幾十個(gè)頻率點(diǎn)的掃頻測 量，從而滿足了快速、準(zhǔn)確的檢測需

4、求。此外，由于BIS測量儀器小巧、便攜，因此研制便攜式的潲水油快速測量儀也成為可能。2 系統(tǒng)的硬件組成本測量系統(tǒng)主要包括主控單元電路、二電極阻抗測量電路等，其中主控單元包括低功耗單片機(jī)STC12LE5A56S2、阻抗分析芯片AD5933、鍵盤、LCD顯示、RS232串行通信口、復(fù)位及時(shí)鐘系統(tǒng)、3.3V電源轉(zhuǎn)換芯片LM1117。阻抗測量 芯片AD5933通過二電極阻抗測量電路實(shí)現(xiàn)油品阻抗的二電極比例測量法測量，得到從低頻到高頻若干個(gè)頻率點(diǎn)的類油類阻抗數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過I2C總線獲得AD5933所采集的阻抗數(shù)據(jù)，并可通過 RS232串行通信口上傳給PC機(jī)。系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。實(shí)際測量過程中

5、，在PC機(jī)上調(diào)試好的程序通過UART下載到單片機(jī)上，然 后啟動(dòng)AD5933進(jìn)行測量，AD5933完成阻抗測量后將未校準(zhǔn)的實(shí)部和虛部值 發(fā)送到單片機(jī)，并在液晶顯示器上顯示，同時(shí)等待進(jìn)一步的校準(zhǔn)，單片機(jī)通過設(shè) 置好的增益系數(shù)對模值進(jìn)行校準(zhǔn)，最后將校準(zhǔn)的信息送到液晶顯示。AD5933是美國AD公司生產(chǎn)的新一代阻抗頻譜測量一體化芯片，是一種高 精密度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案，結(jié)合了一個(gè)片內(nèi)的頻率發(fā)生器和一個(gè)電源供 電的12 bit , 1MSPS的ADC。該頻率發(fā)生器允許使用高達(dá)100kHz的已知頻率 激勵(lì)100 Q20M Q范圍的復(fù)數(shù)阻抗。該阻抗的響應(yīng)信號被片內(nèi)的ADC采樣，然后由片內(nèi)的DSP引擎進(jìn)

6、行傅里葉變換（DFT）處理。傅里葉變換（DFT）運(yùn) 算返回實(shí)部（R）和虛部（I）的數(shù)據(jù)字，從而可以方便地計(jì)算出阻抗。由于采用 了 AD5933阻抗頻譜測量芯片，本系統(tǒng)大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了儀器的便 攜式、低功耗設(shè)計(jì)。3測量結(jié)果及判別方法為了保證檢測儀的硬件與軟件都能進(jìn)行正常測量，進(jìn)行了油品實(shí)驗(yàn)，本課題 選用了三杯等量的、油品不同的花生油作為測量樣品， 其中一杯為合格油品。系 統(tǒng)測量的信號頻率為30kHz-50kHz。實(shí)驗(yàn)時(shí)，插入三杯受檢油品中的兩個(gè)探針 之間的距離均為10mm，兩探針插入深度均為5mm。本次實(shí)驗(yàn)及測量結(jié)果如表 1所示。在獲得了油品的實(shí)部及虛部數(shù)據(jù)之后，本文采用絕對值距離法進(jìn)

7、行油品的識 別判斷。當(dāng)兩個(gè)樣本之間的絕對值距離越小， 說明這兩個(gè)樣本相接近的可能性越 大。本系統(tǒng)采用的是在30kHz-50kHz 情況下，對合格花生油進(jìn)行了 100組定 頻測量，將測得的100組數(shù)據(jù)取平均值作為合格值。在固定的頻率下，對待測 油品進(jìn)行測量，將測得的值與合格值進(jìn)行比較，值越接近，兩個(gè)油品越接近。以信號源頻率為30kHz為例，合格油品的實(shí)部3283，虛部2205，絕對值距離d為1078 , d的范圍為907-1230。為了簡化計(jì)算時(shí)的難度，絕對值距離 的計(jì)算只進(jìn)行到個(gè)位。表2為30kHz下三杯受檢油品的絕對值距離。通過數(shù)據(jù)比較，待測油品1、2的絕對值距離均在測定的合格值范圍內(nèi)，相較

8、而言，待測油品1要好于待測油品2voirr* tVl¥!1 1117fl L猴統(tǒng)的孫件*謂心黒A-1二杯產(chǎn)岡社品匸廬酋宜特序悔鯽1斫聲:B幣F1 KflS禱與也Si2 tvV!3202M3jm2107 ! 41軸爪3900<nsMmtSIS4«l>UK備3SIT固確甘H后的堆対儘品商樁連倉島1104Ji血J07H4 結(jié)論本系統(tǒng)采用生物電阻抗技術(shù)，利用高精度的阻抗測量器件 AD5933對受檢 油品的阻抗組織進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，通過計(jì)算受檢油品的絕對值距離，和合格油品的 測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而為受檢油品的檢測提供有力的判斷依據(jù)， 在一定程度保 障了人民的生命健康。經(jīng)過各種實(shí)驗(yàn)測試，該系統(tǒng)具有安全可靠、測量準(zhǔn)確等優(yōu) 占八、參考文獻(xiàn):1 王可寧，王小攀，張雄星，等.AD5933在肉類阻抗譜測量系統(tǒng)中的應(yīng)用J.西安工業(yè)大學(xué)