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一种温度可控的便携式食品安全检测仪的设计

作　者: 万江中
导　师: 陈骥
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 食品安全便携式 PIC单片机温度分光光度法
分类号: TS207
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着科技水平的不断提高、环境污染的加剧、化学物质的广泛使用,食品安全事件也随之逐年增加。食品安全与人体健康密切相关,加上食品贸易的全球化,食品安全问题已成为全球性的问题。食品安全问题已引起国家有关部门的高度关注,加强食品安全的监督管理成为各级政府的重要任务之一。处理食品安全问题最有效的方法是早发现、早处理,在人们食用之前发现并遏制。为了做好食品的安全检测工作,有效地预防食品安全事情发生,这样就诞生了食品安全检测仪。食品安全检测仪是用来检测食品中有毒、有害物质含量的设备。目前,国内食品安全检测多采用传统的分析方法,仪器检测时间较长,且只能在常温下对有害物质进行检测,很大程度上限制了食品安全检测仪的使用范围,且不适用于现场的快速检测。本论文针对我国食品安全检测仪的现状,结合目前国内外检测技术的发展趋势,设计了一种温度可控的便携式食品安全检测仪。该仪器生产成本低、操作简单、速度快、体积小,可以根据检测物质的不同选择不同的反应温度,适用于食品安全的现场快速检测。该仪器以PIC单片机为核心,采用DS18B20温度传感器和半导体加热/制冷片控制溶液反应的温度,系统主要包括微处理器模块、光源模块、数据采集模块、温度控制模块和显示模块。微处理器模块采用PIC16F877单片机,其含有丰富的I/O接口和较强的端口驱动能力,内置3个定时/计数器和2个CCP模块,简化了外接电路的设计,主要实现系统复位、单色光源的选择以及温度的控制等;光源模块采用卤钨灯、棱镜加步进电动机的分光系统,步进电机控制棱镜的转动来得到所需的单色光;数据采集模块选用TSL230光频转换器,可直接完成信号的光强-频率转化,不需先经光强-电流转换,再将电流信号转换为数字信号,进一步减小了仪器的体积;温度控制模块包括温度采集和温度控制两部分,温度传感器判断目前的温度与用户设定的温度是否一致,控制半导体加热/制冷片加热或者制冷;显示模块完成结果的显示。为了验证仪器的整体性能,测定不同浓度的亚硝酸钠溶液的吸光度并与专业分光光度计比较,测试结果表明两者的吸光度测量值基本相同,证明了仪器的可靠性;对亚硝酸钠和甲醛样品溶液进行了测量,测量时间在30分钟内,测量误差在10%以内,仪器的测量准确度符合国家标准,证明仪器可用于食品安全的快速检测。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-21
  1.1 食品安全的研究背景和意义  8-12
    1.1.1 我国食品安全现状  9
    1.1.2 影响我国食品安全的主要因素  9-11
    1.1.3 我国针对食品安全问题的措施  11-12
  1.2 食品安全快速检测方法  12-16
    1.2.1 亚硝酸盐检测  12-14
    1.2.2 甲醛检测  14-15
    1.2.3 农药残留检测方法  15-16
  1.3 食品安全检测仪器现状与展望  16-19
    1.3.1 食品检测仪器种类  16-17
    1.3.2 食品检测仪器国内外研究进展  17-19
    1.3.3 食品检测仪器设备的发展趋势  19
  1.4 研究目的和内容  19-20
  1.5 论文结构安排  20-21
2 系统设计  21-23
  2.1 测量原理  21
  2.2 系统框架  21-22
  2.3 本章小结  22-23
3 硬件设计  23-37
  3.1 微处理器模块  23-24
    3.1.1 微处理器的选择  23
    3.1.2 电源电路  23-24
    3.1.3 复位电路  24
  3.2 光源模块设计  24-29
    3.2.1 常见光学系统中的光源  25-26
    3.2.2 系统光源的选择  26-28
    3.2.3 步进电动机控制模块设计  28-29
  3.3 数据采集模块设计  29-31
  3.4 温度控制模块设计  31-33
    3.4.1 温度传感器的选择  31
    3.4.2 温度控制模块设计  31-33
  3.5 显示模块设计  33
  3.6 电路板的设计  33-36
    3.6.1 PCB 设计的步骤  34
    3.6.2 PCB 设计注意事项  34-36
  3.7 本章小结  36-37
4 软件设计  37-46
  4.1 步进电机模块程序设计  38-39
  4.2 数据采集模块程序设计  39-41
  4.3 温度控制模块程序设计  41-45
  4.4 本章小结  45-46
5 系统性能测试  46-52
  5.1 与分光光度计的对比实验  46-47
  5.2 亚硝酸钠的快速测定  47-49
    5.2.1 实验试剂  47
    5.2.2 实验过程  47-49
  5.3 甲醛的快速测定  49-51
    5.3.1 实验试剂  49
    5.3.2 实验过程  49-51
  5.4 本章小结  51-52
6 结论与展望  52-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录  58
  作者在攻读学位期间发表的论文目录  58

一种温度可控的便携式食品安全检测仪的设计

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