【正文】 ..................................................................... 47 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 47 頁 1 緒論 課題背景 食品的安全問題 ,是關(guān)乎社稷民生的關(guān)鍵問題，其中最重要的部分就是食品腐敗的檢測問題，發(fā)生腐敗變質(zhì)的食品 ,無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)確地檢測食品腐敗程度非常重要 [1]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （ 1）國內(nèi)研究現(xiàn)狀： ： 當(dāng)前我國普遍采用菌類培養(yǎng)法來檢測食物是否變質(zhì)。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。食品變質(zhì)信號(hào)在運(yùn)輸過程中的采集和識(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。 （ 2）國外研究現(xiàn)狀： 國外也有相關(guān)學(xué)者采用氣味和紅外熱像等檢測食品的新鮮度。 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、語音播報(bào)等。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)從而食物的營養(yǎng)成分會(huì)發(fā)生分解。 與傳統(tǒng)技術(shù)相比，使用檢測電路技術(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。使用電阻、水分、溫度檢測模塊進(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得數(shù)據(jù)，連接鍵盤用于鍵入命令，連接語音播報(bào)模塊用于給出語音結(jié)果提示。 （ 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)，語音播報(bào)電路設(shè)計(jì)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 47 頁 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]。這么看來，水是引起食物變質(zhì)腐敗的一個(gè)重要原因。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]。 （ 2）變酸：食物變酸的主要原因是因?yàn)楦瘮〉奈⑸锷L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。如蛋白質(zhì)會(huì)在分解的過程中會(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?？偟膩碚f，因?yàn)闋I養(yǎng)成分的分解， 所以讓食物營養(yǎng)的價(jià)值降低了 [2]。通常來說，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，如稍有耽擱說不定會(huì)出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。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。但不同微生物的生長繁殖所要求的水分的含量都不同。微生物在食物上的生長繁殖，一般能利用的水都是游離水。按照食品貯藏的基本原理可分兩大類 : 一是全部或部分殺滅微生物和破壞酶活性的貯藏方法 ,如加熱法、輻射法、紫外線照射法及化學(xué)殺菌劑法。冷藏采用的溫度是食物冰點(diǎn)以上的溫度。 （ 2）高溫貯藏法 : 利用高溫加熱殺滅食品中微生物并破壞酶的活性 ,以達(dá)到長期貯藏食品的目的。這種方法常用于不適宜長時(shí)間高溫加熱的或者只作短期貯藏的食品 ,如鮮奶、 果汁、果酒、醬油等。貯存干燥食品時(shí)應(yīng)注意防濕防潮 ,否則 ,可因吸水而腐敗變質(zhì)。用這種方法酸漬的食品主要是以新鮮蔬菜為原料加工制成的食品 ,如酸黃瓜、泡菜等。在我國食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中允許使用的防腐劑有苯甲酸、鈉鹽、山犁酸及鉀鹽。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的單片機(jī) 最小系統(tǒng)圖 如 圖 所示，主要 由單片機(jī)（ STC12C5A60S2），復(fù)位電路，時(shí)鐘電路構(gòu)成。上電復(fù)位之后 P1口則為弱上拉型 I/O口，用戶能夠由軟件設(shè)置將 8路中的任意一路設(shè)置為 A/D轉(zhuǎn)換，也不需要作為 A/D 使用的 I/O 口能夠繼續(xù)作為 I/O 口使用。 （ 2）復(fù)位電路 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有兩種，分別是手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。為消除電源開關(guān)閉合引起抖動(dòng)對(duì)復(fù)位的影響，在電 源穩(wěn)定后要經(jīng)過一定的時(shí)延再撤銷復(fù)位信號(hào)。外接的晶體和電容組成一個(gè)并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自 激振蕩器，其作用是向內(nèi)部的時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。 在 A點(diǎn)檢測出電壓，并輸出至 ，通過單片機(jī)處理，在顯示屏上輸出電阻值。從而為電路中的 各單元以提供穩(wěn)定地工作電壓；晶振是用來生產(chǎn)一個(gè)單一的頻率的高頻的振蕩的信號(hào)，經(jīng)施密特觸發(fā)器的整形后成波形而標(biāo)準(zhǔn)地方波信號(hào)，是傳感器測量時(shí)的激勵(lì)信號(hào)；信號(hào)衰減器可以將方波的激勵(lì)信號(hào)的幅度，衰減后再加在探針上。 O U T AI N A I N A +G N DV C CO U T BI N B I N B +L M 3 9 3Rp1 0 kR21 0 kR31 kR41 kR11 0 kVC CC 10 . 1 u21K 1 水 分 探頭 接 口A OP 1 . 0 圖 水分信號(hào)采集傳感器電路 原理 圖 現(xiàn)以饅頭為例，當(dāng)饅頭水分含量達(dá)到 40%時(shí)，測得的對(duì)應(yīng)電壓為 ，且二者之間關(guān)系基本呈冪函數(shù)關(guān)系，由此得出饅頭水分含量與反饋電壓之間的關(guān)系公式為： V電壓）水分含量（ 112% ? （ ） 室內(nèi)溫度測量電路設(shè)計(jì) DHT11數(shù)字溫度 傳感器是含有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，他應(yīng)用專用的溫濕度傳感器和數(shù)字模擬采集技術(shù)，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。 DHT11 有四條引腳，兩條為電源引腳，兩條為輸出數(shù)據(jù)引腳，由于 DHT11 才用的是單總線通信，所以只需將單片機(jī)的一個(gè) I/O 端口與其連接就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 采集和傳送，溫度傳感器原理圖如圖 所示。 現(xiàn)讀出的為零 。 2℃ 4 針單排直插 液晶顯示與 按鍵電路設(shè)計(jì) （ 1）液晶顯示屏 LCD12864 LCD12864 液 晶顯示屏原理圖如圖 所示。 LCD12864 它具有低電壓、低功耗等顯著特點(diǎn)。如果需要顯示某一個(gè)圖形或者漢字就是要將相應(yīng)的點(diǎn)陣信息寫入到與其相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。 ③ 2MHz 時(shí)鐘頻率。 ⑦ 與主控芯片通信方式可選為串行和并行。 表 4 種模式選擇 RS R/W 功能說明 L L 寫指令 至 指令暫存器（ IR） L H 讀出忙標(biāo)志 （ BF） ， 地址記數(shù)器（ AC）的狀態(tài) H L 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（ DR） H H 從數(shù)據(jù)暫存器（ DR）中讀 取 數(shù)據(jù) 使能信號(hào)如表 所示。 表 LCD12864 液晶顯示器引腳功能表 編號(hào) 名稱 引腳說明 編號(hào) 名稱 引腳說明 1 VSS 電源地 11 DB4 三態(tài)數(shù)據(jù)線 2 VDD 電源正極 12 DB5 三 態(tài)數(shù)據(jù)線 3 V0 對(duì)比度調(diào)整 13 DB6 三態(tài)數(shù)據(jù)線 4 RS(CS) 顯示數(shù)據(jù) 14 DB7 三態(tài)數(shù)據(jù)線 5 R/W 讀 /寫選擇端（ H/L） 15 PSB 傳輸方式 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 47 頁 6 E 使能信號(hào) NC 懸空 7 DB0 三態(tài)數(shù)據(jù)線 17 RESET 復(fù)位端，低電平有效 8 DB1 三態(tài)數(shù)據(jù)線 18 VOUT 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 9 DB2 三態(tài)數(shù)據(jù)線 19 A 背光源正極 10 DB3 三態(tài)數(shù)據(jù)線 20 K 背光源負(fù)極 液晶顯示器 LCD12864 與單片機(jī) STC12C5A60S2 采用并行數(shù)據(jù)輸出方法 。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式，設(shè)置各個(gè)口線為輸入模式，通過中斷方式或者軟件查詢方式獲取各個(gè)口線是否有鍵按下的信息在如圖 所示的鍵盤中，有鍵按下則口線端電平為高，否則為低電平 。主控芯片以命令幀的方式向 SYN6288芯片發(fā)送命令， SYN6288芯片接收命令執(zhí)行，并向主控芯片返回命令執(zhí)行結(jié)果。芯片默認(rèn)初始化的波特率為 9600bps，起始位為 1，數(shù)據(jù)位為 8，無校驗(yàn)位，停止位為 1，無流控制。延時(shí)子程序穿插于各個(gè)子程序之間頻繁調(diào)用，故流程圖中不再畫出。在液晶顯示屏上顯示電阻、水分和溫度，最后進(jìn)入語音播報(bào)子程序，語音播報(bào)出食物能否食用的結(jié)果：若食物正常，則播報(bào)：“食物正常，請(qǐng)放心食用”；若食物腐敗，則播報(bào)：“食物已腐敗，請(qǐng)勿食用”。初始化后采集食物電阻信息，并送入單片機(jī)內(nèi)處理。 dianzu = (uint)(25500/dianzu1) 100。關(guān)鍵 語句為： water = GetADCResult()。在初始化完成后，開始測量當(dāng)前室內(nèi)溫度，在單片機(jī)內(nèi)處理完成后在顯示屏上 進(jìn)行顯示。} while (i)。 i++){ count = 2。 L C D探 探 探探 探 探 探 探 探探探 探 探 探探 探 探 探 探 探 探 探探 探 探 探探 探 圖 液晶顯示 子程序 流程圖 語音播報(bào)子程序 設(shè)計(jì)的 語音播報(bào)子程序 流程圖如圖 所示。設(shè)計(jì)語音播報(bào)部分在開機(jī)時(shí)即播報(bào)提前寫好的語音文本：“歡迎使用”，在插入探針進(jìn)行測量食物電阻和水分時(shí)，按下開始按鍵，即開始測量計(jì)時(shí)，按下結(jié)束按鍵時(shí)，即開始播報(bào)語音內(nèi)容，若判斷食物正常，則播報(bào)：“食物正常，請(qǐng)放心食用”；若判斷食物腐敗變質(zhì)，則播報(bào)：“食物已腐敗，請(qǐng)勿食用”。 delayms(200)。 軟件 編譯與下載 在 Keil（ uVision4） 軟件中對(duì)程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。當(dāng)對(duì)話框顯示下載完成則燒錄成功。焊接圖如圖 所示。 ②單片機(jī)的電源要連接的正確，并且保證 STC125A60S2 的 31 號(hào)片選管腳要接高電平。 （ 2） LCD12864 液晶顯示電路調(diào)試 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 47 頁 調(diào)試要注意以下幾點(diǎn)： ①檢查電源線是否接好。我們可以先下載一個(gè)簡單的顯示程序，對(duì)這一部分進(jìn) 行調(diào)試。 （ 3）按鍵 電路 調(diào)試 按鍵電路一般來說不會(huì)出什么問題，我們可以用電壓表測和各個(gè)開關(guān)相接的端口的電平，看其在工作時(shí)是否變化 ，也可用一個(gè)簡單的按鍵程序來進(jìn)行調(diào)試。 硬件實(shí)物圖如圖 所示。語音文件的導(dǎo)入有兩種方法： ①從已有的文件中提?。? ②利用文字轉(zhuǎn)語音的軟件進(jìn)行提取。 測試完成圖如圖 。通過用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)食物的腐敗變質(zhì)檢測的相關(guān)功能，從這個(gè)過程中我學(xué)到了很多東西，這也是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。 （ 3） 系統(tǒng)完整調(diào)試?；诒敬蔚脑O(shè)計(jì)后續(xù)還有很多的加強(qiáng)，重點(diǎn)可以對(duì)以下方向進(jìn)行深入研究。整個(gè)系統(tǒng)可以做得更靈活更人性化。 而且， 從論文的選題、文獻(xiàn)的采集、框 架的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn) ，他 都費(fèi)盡心血。 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)和指正！ 致謝人 ： 2021 年 5 月 30 日 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 47 頁 參考文獻(xiàn) [1]金超 ,畢仲圓 ,盛磊等 .基于激光輔助的紅外熱像的食品腐敗檢測 [J].食品科學(xué) ,2021,36(12):201204. 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