【正文】 ...... 14 軟件編譯與下載 ....................................................................... 15 5 制作與調(diào)試 ...................................................................................... 17 硬件電路制作 .......................................................................... 17 電路調(diào)試 ................................................................................. 18 ..................................................................................... 20 總結(jié) ......................................................................................... 20 展望 ......................................................................................... 20 致謝 ...................................................................................................... 21 參考文獻(xiàn) ............................................................................................. 22 附錄 A 英文文獻(xiàn)原文 ....................................................................... 23 附錄 B 英文文獻(xiàn)譯文 ....................................................................... 30 附錄 C 源程序 .................................................................................... 35 附錄 D 元器件清單 ............................................................................ 47 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 47 頁(yè) 1 緒論 課題背景 食品的安全問(wèn)題 ,是關(guān)乎社稷民生的關(guān)鍵問(wèn)題，其中最重要的部分就是食品腐敗的檢測(cè)問(wèn)題，發(fā)生腐敗變質(zhì)的食品 ,無(wú)論感官還是理化性質(zhì) ,都會(huì)發(fā)生不利于健康的改變，所以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)食品腐敗程度非常重要 [1]。一般來(lái)說(shuō)，所有的 食物，在常溫狀態(tài)下 ,放置一段時(shí)間后都會(huì)變質(zhì)， 有的發(fā)霉結(jié)塊、有的腐爛發(fā)臭、有的變酸等。 食物腐敗在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見。特別是炎熱潮濕的夏天 ,食物更易腐敗變質(zhì) ,尤其是含水分較多的 ,如魚、肉、蛋、蔬菜等 ,往往在短期內(nèi)，就會(huì)發(fā)臭、發(fā)酵、發(fā)霉等 ,人吃了這種變質(zhì)的食物會(huì)引起不適或中毒 [2]。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （ 1）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀： ： 當(dāng)前我國(guó)普遍采用菌類培養(yǎng)法來(lái)檢測(cè)食物是否變質(zhì)。通過(guò)測(cè)量食物某種細(xì)菌群的含量來(lái)判斷食物是否可以食用 [2]。食物的腐敗是指不同物種的微生物通過(guò)分解食物，并利用汲取的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行繁殖的過(guò)程。常見的微生物種類包括某些病毒 、霉菌、細(xì)菌等，能引起人類食品中毒頻率最高的微生物是細(xì)菌。目前，樣本中衡量食品腐壞的主要參數(shù)是細(xì)菌數(shù)量和毒素濃度。識(shí)別細(xì)菌方法通常是通過(guò)生物化學(xué)測(cè)試完成的，觀察不同細(xì)菌在不同環(huán)境下的生存能力以及不同細(xì)菌所產(chǎn)生的不同毒素來(lái)識(shí)別樣品中含有的不同細(xì)菌 ,這些問(wèn)題使得一般消費(fèi)者很難辨別食物的安全程度 [2]。 ： 目前用于食品新鮮度檢測(cè)便捷的方法有電子鼻、電子舌等，但它們并不能提供直觀的圖像信息[2]。而適用于遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程食品變質(zhì)信號(hào)，是通過(guò)遠(yuǎn)程食品運(yùn)輸車中的傳感器發(fā)出的，根據(jù)構(gòu)建無(wú)線傳感器物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生食品變質(zhì)信號(hào)，這些信號(hào)源是包含食品的濕度、溫度、腐敗物質(zhì)含量等信息。食品變質(zhì)信號(hào)在運(yùn)輸過(guò)程中的采集和識(shí)別，可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)遠(yuǎn)程運(yùn)輸食品，實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)防管理。故而采取有效的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)來(lái)保證食物的安全和品質(zhì)。用以往的方法，對(duì)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中的信號(hào)采集的識(shí)別方法是采用 BP信號(hào)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采集識(shí)別，采用 Music參數(shù)的估計(jì)方法來(lái)估計(jì)食物變質(zhì)信號(hào)的特征參量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集識(shí)別，但是傳統(tǒng)算法識(shí)別技術(shù)采用的是廣播無(wú)線電波，不能有效地對(duì)食物變質(zhì)的信號(hào)進(jìn)行無(wú)線傳感器物聯(lián)網(wǎng)地采集，并且采集 信號(hào)精度低，性能差。改進(jìn)版的方法是一種基于最小方差響應(yīng)不變波束形成算法的遠(yuǎn)程運(yùn)輸過(guò)程中食品變質(zhì)信號(hào)采集識(shí)別方法 [3]。 （ 2）國(guó)外研究現(xiàn)狀： 國(guó)外也有相關(guān)學(xué)者采用氣味和紅外熱像等檢測(cè)食品的新鮮度。在工業(yè)領(lǐng)域，食品質(zhì)量監(jiān)控也是一個(gè)很重要的問(wèn)題。目前，在美國(guó)的危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)體系和應(yīng)用指南中，還不存在快速準(zhǔn)確地檢測(cè)肉制品中微生物含量的系統(tǒng)。傳統(tǒng)方法弊端和工業(yè)領(lǐng)域?qū)焖?、安全、高效檢測(cè)技術(shù)需求促使研究者尋找新的食品檢測(cè)解決方案 [1]。 研究方法與應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1）研究方法： 食物腐敗變質(zhì)檢測(cè)電路涉 及的專業(yè)比較廣泛，包括腐敗食物信號(hào)提取、信號(hào)轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)控制、參數(shù)比較、語(yǔ)音播報(bào)等。眾所周知，食物的水分、電阻和溫度可作為評(píng)估食物腐敗過(guò)程的重要參量。食物腐敗通常伴隨著復(fù)雜的理化性質(zhì)的變化，根據(jù)這個(gè)變化，提出將水分與電阻引入食物腐敗過(guò)程的檢測(cè)中，以期提供多參數(shù)化的量化信息。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)食物中的含水量小于 15％時(shí)，食物就不太會(huì)腐敗變質(zhì)。溫度對(duì)于食物的腐敗起催化作用，氣溫高時(shí)組織酶的活性會(huì)增強(qiáng)從而食物的營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)發(fā)生分解。細(xì)菌活力越強(qiáng)，食物就越易腐敗，那么電阻就越小。所以說(shuō)食品檢測(cè)這個(gè)行業(yè)是一個(gè)綜合性比較強(qiáng)的行業(yè) 。擬采用新鮮饅頭和腐敗饅頭這兩種樣品，利用靈敏探針去測(cè)這兩種樣品，然后通過(guò)數(shù)字顯示屏顯示兩者表達(dá)的差異性，通過(guò)表征這一差異性探索一種全新的便捷、高效食物腐敗檢測(cè)方法 [2]。 與傳統(tǒng)技術(shù)相比，使用檢測(cè)電路技術(shù)可以快速的得到目標(biāo)電阻值，同時(shí)不需要破壞食物，所以可以做到連續(xù)、實(shí)時(shí)的食品質(zhì)量檢測(cè)。在民用領(lǐng)域，腐敗食物變質(zhì)檢測(cè)電路可以做到小型化便攜化，陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 47 頁(yè) 如果擁有了這種快速便捷的食品質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，消費(fèi)者的消費(fèi)安全可以得到更好的保障 [2]。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)方法，檢測(cè)電路的設(shè)備操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成與自動(dòng)化控制，這同樣符合 食品工業(yè)的發(fā)展需求。 擬采用的 食物腐敗變質(zhì)檢測(cè)電路 設(shè)計(jì)方案如圖 。使用電阻、水分、溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將收集到的信號(hào)送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，連接顯示屏用于顯示測(cè)得數(shù)據(jù)，連接鍵盤用于鍵入命令，連接語(yǔ)音播報(bào)模塊用于給出語(yǔ)音結(jié)果提示。 單 片 機(jī)顯 示 屏電 阻 檢 測(cè) 網(wǎng) 絡(luò)溫 度 傳 感 器語(yǔ) 音 播 報(bào)按 鍵水 分 傳 感 器 圖 食物腐敗變質(zhì)檢測(cè)電路 設(shè)計(jì)方案 （ 2）應(yīng)用領(lǐng)域： 近年來(lái)，人們對(duì)食物安全的關(guān)注度逐漸提高，食物檢測(cè)的應(yīng)用技術(shù)由此得到了迅速發(fā)展，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，食物檢測(cè)會(huì)從醫(yī)學(xué)、科研、酒店等應(yīng)用領(lǐng)域逐步向民用 、家用普及 [4]。 論文結(jié)構(gòu) （ 1）緒 論：主要闡明了課題背景，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，研究方法以及應(yīng)用領(lǐng)域。 （ 2） 食物腐敗變質(zhì)機(jī)理、表現(xiàn)與應(yīng)對(duì)方法 ：主要介紹食物腐敗原因，介紹了常見的幾種食物的電阻和水分，并對(duì)如何應(yīng)對(duì)食物腐敗提出了建議。 （ 3）硬件電路設(shè)計(jì)：硬件部分主要設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)、電阻檢測(cè)模塊、土壤水分傳感器、按鍵電路設(shè)計(jì)、溫度傳感器、液晶顯示的電路設(shè)計(jì)，語(yǔ)音播報(bào)電路設(shè)計(jì)。 （ 4）軟件程序設(shè)計(jì)：軟件部分主要設(shè)計(jì)了主程序，數(shù)據(jù)采集子程序，語(yǔ)音播報(bào)子程序，液晶顯示子程序，軟件編譯與下載。 （ 5） 系統(tǒng)調(diào)試及分析 ： Proteus軟件上仿真，硬件制作，硬件調(diào)試。 （ 6）總結(jié)與展望：對(duì)完成的部分進(jìn)行總結(jié)，對(duì)其中存在的不足提出自己的想法。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 47 頁(yè) 2 食物腐敗變質(zhì)機(jī)理、表現(xiàn)與應(yīng)對(duì)方法 食物腐敗變質(zhì)機(jī)理 食物的腐敗變質(zhì) , 多指在微生物為主導(dǎo)的各種各樣原因的配合下 , 食物會(huì)降低甚至失去食用價(jià)值 , 如蛋、禽、肉的腐臭、霉變糧食 , 潰爛的蔬菜、水果 , 酸敗的油脂等 [2]。食物的變質(zhì)腐敗的原因還是比較復(fù)雜的 , 總體說(shuō)來(lái) , 大致分成以下四個(gè)方面 : （ 1）食物中所含的水分。它對(duì)于微生物的繁殖生長(zhǎng)具有重要的作用。一般來(lái)說(shuō) , 當(dāng)食物中所含的水分含量小于等于 15%時(shí) , 食物則不容易變質(zhì)腐敗。這么看來(lái)，水是引起食物變質(zhì)腐敗的一個(gè)重要原因。 （ 2）化學(xué)的原因。動(dòng)植物的食物在宰殺或者收獲后 , 在一定的時(shí)間內(nèi) , 食物中的各種酶類，如組織酶等還會(huì)進(jìn)行一些生物和化學(xué)變化的過(guò)程從而引起組成食物成分進(jìn)行分解 , 從而引起變質(zhì)腐敗。 （ 3）物理的原因。細(xì)菌在分裂繁殖期間會(huì)產(chǎn)生一些酶 ,如蛋白酶、脫氨酶等。食物在腐敗菌酶的作用下 ,將復(fù)雜的高分子有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的低分子物質(zhì)。在溫度高、濕度大的情況下會(huì)促進(jìn)微生物的繁殖和酶的活性 ,從而加速食物的腐敗。 （ 4）微生物的原因。食物變質(zhì)腐敗的原因主要是微生物的作用 , 如金黃色葡萄球菌、變形桿菌等細(xì)菌的作用 [2]。 常見幾種食物腐敗變質(zhì)表現(xiàn)及變化 食品的腐敗及變質(zhì)，這是比較復(fù)雜的過(guò)程，它不僅關(guān)系到食品內(nèi)酶的作用、還涉及到污染微生物的生長(zhǎng)及代謝，但最重要還是微生物作用的結(jié)果。從腐敗變質(zhì)對(duì)食物感官品質(zhì)的作用來(lái)看，食物腐敗及變質(zhì)的類型主要可分為以下三種： （ 1）變黏：食物腐敗和變質(zhì)變黏多數(shù)是因?yàn)榧?xì)菌生長(zhǎng)及代謝所產(chǎn)生成多糖導(dǎo)致的。常見的會(huì)讓食物變黏的微生物主要有：類產(chǎn)桿菌、黏液產(chǎn)桿菌、無(wú)色桿屬，氣桿菌屬，乳鼓桿菌 ，明串菌等，少數(shù)的酵母種類也會(huì)使食物變黏。 （ 2）變酸：食物變酸的主要原因是因?yàn)楦瘮〉奈⑸锷L(zhǎng)及代謝導(dǎo)致的，常見的食物變酸的主要微生物有：醋酸茵屬，丙酸菌屬，微球菌屬等，還有少數(shù)霉菌。 （ 3）變臭：食物變臭主要原因是因?yàn)榧?xì)鹵的分解的以蛋白質(zhì)等為主的食物而產(chǎn)生的氨氣、有機(jī)胺等所導(dǎo)致的 [5]。 腐敗變質(zhì)的食物對(duì)人體健康產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： （ 1）產(chǎn)生出厭惡感。由于微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中促使食物中各種成分發(fā)生（分解）變化，而讓食物原來(lái)的感官品質(zhì)發(fā)生改變，讓人產(chǎn)生厭惡感。如蛋白質(zhì)會(huì)在分解的過(guò)程中會(huì)生產(chǎn) 硫化氫、合機(jī)胺、咧跺、硫醇等，這些物質(zhì)都有蛋白質(zhì)分解后特有的臭味；細(xì)菌以及竊菌等在繁殖的過(guò)程中也能產(chǎn)生出色素，會(huì)讓食物出現(xiàn)各種各樣比較異樣的顏色，而讓食物失去它本身的色、香和味道。 （ 2）降低了食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。因?yàn)槭称分械牡鞍踪|(zhì)、脂肪、腐敗的碳水化合物及變質(zhì)后它的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，所以會(huì)喪失它本來(lái)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。例如蛋白質(zhì)腐敗分解后會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，因而失去了蛋白質(zhì)其原有的價(jià)值；脂肪的腐敗變質(zhì)、水解以及氧化后產(chǎn)生的過(guò)氧化氫，再分解為碳基化合物、酮等，便失去了脂肪對(duì)人體的營(yíng)養(yǎng)和生理作用?？偟膩?lái)說(shuō)，因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)成分的分解， 所以讓食物營(yíng)養(yǎng)的價(jià)值降低了 [2]。 （ 3）引起中毒或潛在的危害。食物從起初生產(chǎn)到最后銷售的整個(gè)過(guò)程中，食物被污染的方式及污染程度比較復(fù)雜．食物腐敗及變質(zhì)后產(chǎn)生的有毒東西也是多種多樣的，因此。腐敗變質(zhì)的食物對(duì)人體的健康狀況產(chǎn)生的危害的表現(xiàn)也不同： 。通常來(lái)說(shuō)，腐敗變質(zhì)的食物往往會(huì)產(chǎn)生急性中毒的狀況，輕度中毒者多會(huì)出現(xiàn)急性胃腸炎癥狀，如嘔吐、腹瀉或腹痛、發(fā)燒等，經(jīng)過(guò)及時(shí)治療后基本會(huì)恢復(fù)；重度中毒者會(huì)在呼吸、神經(jīng)、循環(huán)等系統(tǒng)中出現(xiàn)癥狀，只有搶救地及時(shí)才會(huì)脫離安全，如稍有耽擱說(shuō)不定會(huì)出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。有的人 急性中毒，雖然經(jīng)千方百計(jì)的治療，但也會(huì)給中毒者留下一些后遺癥。 。有的變質(zhì)的食物中含有的有毒物質(zhì)的量比較少，或者由于本身的毒性不強(qiáng)，并不能夠引起急性中毒，如果一旦長(zhǎng)期食用，也會(huì)出現(xiàn)慢性中毒，甚至更為嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)致陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 47 頁(yè) 癌、致突變甚至致畸的現(xiàn)象。從大量的動(dòng)物試驗(yàn)的研究資料中可以看出：一旦食用被黃曲霉的毒素污染后的霉變花生、糧食和花生油，就會(huì)出現(xiàn)慢性中毒的現(xiàn)象。 大部分的食物都溶解了一定量離子鹽的游離水后成為了導(dǎo)體，而且食物的水份含量一般都常在40％以上，并且具有導(dǎo)電的性能。因?yàn)樗巧顒?dòng)的必 要條件，所以對(duì)微生物細(xì)胞的組成來(lái)說(shuō)水是必不可少的，而且細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的各種生化反應(yīng)，都是以水為溶解媒質(zhì)的 [6]。 一般在缺水的條件下，微生物的新陳代謝就會(huì)發(fā)生阻礙。但不同微生物的生長(zhǎng)繁殖所要求的水分的含量都不同。故也可以說(shuō)食物中的水分含量決定了微生物生長(zhǎng)的種類。通常來(lái)說(shuō)，含水量較多的食物，細(xì)菌繁殖能力比較強(qiáng)；含水量少的食物，則霉菌和酵母菌的繁殖能力比較強(qiáng)。食物中的水分常以游離水和結(jié)合水這兩種狀態(tài)存在。微生物在食物上的生長(zhǎng)繁殖，一般能利用的水都是游離水。這都是因?yàn)橐徊糠值乃桥c蛋白質(zhì)、碳水化合物及一些可溶性物質(zhì)， 如糖、氨基酸和鹽等結(jié)合的，這些結(jié)合的水是對(duì)微生物