一种温度可控的便携式食品安全检测仪的设计

论文摘要

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。

论文目录

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