一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置及方法，该装置包括：微控制器、运算放大模块、CCD模块、电平转换模块、第一直流电源、第二直流电源、串口模块以及PC系统；CCD模块经运算放大模块连接至微控制器；微控制器经串口模块连接至PC系统；微控制器还经电平转换模块与CCD模块相连；第一直流电源分别与微控制器以及CCD模块相连；第二直流电源模块与运算放大模块相连。微控制器经由电平转换模块驱动CCD模块进行光谱信号采集，采集到的信号输出后由运算放大模块放大信号后再输送回微控制器；经过微控制器处理分析后将数据经由串口模块上传到PC系统，并通过MATLAB进行曲线模拟出食品的光谱信号图。本发明专利技术所提出的装置以及方法满足了成本的控制和方便的驱动方式以及小型化的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置及方法。
技术介绍
近几年，在食品领域曝出的，三聚氰胺事件、苏丹红事件、塑化剂事件等，世界各地存在各种各样的食品问题，各种掺假造假的事件接连不断，人们的生命健康正受到严重危害，食品安全问题越来越引起人们的重视。伴随而来的是社会上不同部门和单位加强了对食品安全的监测力度，蔬菜需要进行食品安全检测，才能进入各大批发市场或者超市出售，甚至有的学校食堂也会对购买的蔬菜进行农药残留检测。所以，能在现场准确的测定食品中有害物质含量的技术、方法和仪器必不可少。基于光谱技术的食品安全检测仪，通过测量特征波长的光透过待测样品溶液后光能量的变化值，得到测量样品的浓度值，从而计算化学物质含量是否超标。与传统的人工生物实验检测方法相比食品安全类检测仪器具有准确、快速、高效的特点。被广泛应用于超市、学校食堂等食品流通量大的地方，也被食品监督部门作为食品安全检测的重要执法工具。当前市面上食品安全检测仪基本可以分为两大类型：（1）以51和STM32处理器为代表的LED型检测仪。主要检测部件由有限个样品检测通道组成，有限的测量通道对应有限个固定特征波长的LED灯，相应的也就只能测量对应特征波长物质的浓度。由于LED型检测仪硬件简单，所以测量速度快、干扰小、效率高。但是当需要测量多种类不同波长的样品溶液时，LED型仪器显得“力不从心”，因此LED型仪器只适合测量有限的几个波长的样品。（2）以波长扫描机构分光系统为代表的全光谱型检测仪。国内传统的全光谱食品安全检测仪的光度采集部件主要由波长扫描机构组成，并且尤以其中的正弦机构使用最为广泛。正弦机构是一种利用杠杆原理使光栅转移的机械装置。通过步进电机的转动推动丝杆的运动，进而使光栅转动，获得连续波长的单色光数值，最后用这个数值参与公式运算。用正弦机构采集到的光信号具有稳定性好、精度高的优点。但是输出指定波长值的时候，为了确保测量数值的准确性，正弦机构每次都会从波长最大值或最小值处开始，一直扫描到指定波长处。然而在扫描过程中需要耗费比较多的时间，这也就使得使用波长扫描机构的仪器，无法实现快速与准确的统一。加之仪器比较精密，需要专门人员进行反复调试，这也增加了仪器的成本。为解决食品安全检测局限，设计一套能进行食品现场快速检测，具有高选择性、高准确性的食品安全检测仪十分重要。本设计利用线性渐变滤光片（LVF）、CCD光谱采集原件与单片机构成的微型食品安全检测仪可以应用于粮食作物、乳制品、常见水果肉制品等方面，该检测仪可以实现快速测量食物的光谱信号，并且快速上传，可视性强等特点；本设计涉及的是一种用单片机和CCD元件组合成为的微型食品安全检测仪系统，具有驱动方便，小型化，成本低廉等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置及方法，以克服现有技术存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，包括：一微控制器、一运算放大模块、一CCD模块、一电平转换模块、一第一直流电源、一第二直流电源、一串口模块以及一PC系统；所述CCD模块经所述运算放大模块连接至所述微控制器；所述微控制器经所述串口模块连接至所述PC系统；所述微控制器还经所述电平转换模块与所述CCD模块相连；所述第一直流电源分别与所述微控制器以及所述CCD模块相连；所述第二直流电源模块与所述运算放大模块相连。在本专利技术一实施例，所述第一直流电源采用+5V直流电源；所述第二直流电源采用+-5V直流电源。在本专利技术一实施例，所述微控制器包括一STM32。在本专利技术一实施例，所述运算放大模块包括一LT1498CS8。在本专利技术一实施例，所述CCD模块包括一ILX554B，且与一线性渐变滤光片配合。在本专利技术一实施例，所述电平转换模块包括一SN74LVC4245。在本专利技术一实施例，所述串口模块包括一CH341USB串口电路；该CH341USB串口电路与搭载于所述PC系统上的串口调试助手单元匹配。进一步的，还提供一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置的检测方法，所述第一直流电源为所述微控制器以及所述CCD模块提供电源；所述第二直流电源为所述运算放大模块提供电源；所述微控制器经所述电平转换模块向所述CCD模块发送驱动信号，包括ROG信号以及CLK信号；当所述ROG信号由低电平转换回高电平时，所述CCD模块输出与所述CLK信号频率匹配的食品光谱采集信号至所述运算放大模块，经所述运算放大模块进行放大与增强带负载能力处理后，输入所述微控制器进行分析和处理；所述微控制器将处理后的信号经所述串口模块上传至所述PC系统；所述PC系统通过MATLAB进行曲线模拟，输出食品的光谱信号图。在本专利技术一实施例，所述ROG信号为按键高低电平；所述CLK信号为1MHZ的PWM方波；所述CCD模块的电荷势阱根据所述1MHZ的PWM方波输出用电压信号表征的食品光谱采集信号。在本专利技术一实施例，所述所述微控制器进行分析和处理包括对信号筛选以及通过12位AD转换为十进制电压值。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)利用线性渐变滤光片（LVF）、CCD光谱采集原件与单片机构成的微型食品安全检测仪可以应用于粮食作物、乳制品、常见水果肉制品等方面，应用范围广。(2)该检测仪可以实现快速测量食物的光谱信号，并且快速上传，可视性强等特点。(3)用单片机和CCD元件组合成为的微型食品安全检测仪系统，具有驱动方便，小型化，成本低廉等优点。附图说明图1为本专利技术一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置的原理框图。图2为本专利技术一实施例中ILX554B传感器的工作电路。图3为本专利技术一实施例中ILX554B传感器的信号放大电路。图4为本专利技术一实施例中电平转换电路的电路图。图5为本专利技术一实施例中输出的PWM波形图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术目的在于提供一种小型化、低成本化的微型食品安全检测仪的实现方案。该系统实现了使用单片机驱动线阵CCD元件进而使用CCD元件与线性渐变滤光片LVF配合采集相应食品的光谱信号进行分析和画出可视化曲线。实现了成本的控制和方便的驱动方式以及小型化的要求。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，包括：微控制器、运算放大模块、CCD模块、电平转换模块、第一直流电源、第二直流电源、一串口模块以及PC系统；CCD模块经运算放大模块连接至微控制器；微控制器经串口模块连接至PC系统；微控制器还经电平转换模块与CCD模块相连；第一直流电源分别与微控制器以及CCD模块相连；第二直流电源模块与运算放大模块相连。第一直流电源给CCD模块与微控制器的电源模块供电；电平转换模块给微控制器和CCD元件之间提供了电平转换；运算放大器模块对CCD输出的电压信号进行电路信号放大的处理；微控制器控制CCD元件的光谱电压信号输出；CCD模块中的CCD驱动模块给予CCD元件相应所需要的驱动电路条件。微控制器通过输出的电平信号和PWM信号通过电平转换电路来控制CCD元件采集，并输出相应的信号后由信号处理电路，也即运算放大器电路等处理放大并输出到微控制器中进行采集，经过处理后由CH341USB串口模块输出到PC系统上，具有驱动方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，包括：一微控制器、一运算放大模块、一CCD模块、一电平转换模块、一第一直流电源、一第二直流电源、一串口模块以及一PC系统；所述CCD模块经所述运算放大模块连接至所述微控制器；所述微控制器经所述串口模块连接至所述PC系统；所述微控制器还经所述电平转换模块与所述CCD模块相连；所述第一直流电源分别与所述微控制器以及所述CCD模块相连；所述第二直流电源模块与所述运算放大模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，包括：一微控制器、一运算放大模块、一CCD模块、一电平转换模块、一第一直流电源、一第二直流电源、一串口模块以及一PC系统；所述CCD模块经所述运算放大模块连接至所述微控制器；所述微控制器经所述串口模块连接至所述PC系统；所述微控制器还经所述电平转换模块与所述CCD模块相连；所述第一直流电源分别与所述微控制器以及所述CCD模块相连；所述第二直流电源模块与所述运算放大模块相连。2.根据权利要求1所述的一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，所述第一直流电源采用+5V直流电源；所述第二直流电源采用+-5V直流电源。3.根据权利要求1所述的一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，所述微控制器包括一STM32。4.根据权利要求1所述的一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，所述运算放大模块包括一LT1498CS8。5.根据权利要求1所述的一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，所述CCD模块包括一ILX554B，且与一线性渐变滤光片配合。6.根据权利要求1所述的一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特征在于，所述电平转换模块包括一SN74LVC4245。7.根据权利要求1所述的一种基于光谱技术的微型食品安全检测装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，刘思议，刘对，陈轲，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35