【正文】 成分檢測法、膽固醇含量檢測法屬于化學(xué)生物學(xué)檢測法，需要通過特殊的化學(xué)試劑進行測定，其測定過程繁瑣且復(fù)雜，耗費時間長，并且需要檢測人員具有一定的生物學(xué)和化 學(xué)基礎(chǔ)，不適合一般人員操作；薄層色譜法屬于物理檢測方法，同樣操作復(fù)雜，耗費時間長，需專業(yè)人員操作；熒光測試法屬于物理檢測法，可用集成的電子設(shè)備終端檢測，但檢測時需對待測液進行試劑調(diào)制，卻檢測環(huán)境要求高，不適于快速檢測和一般環(huán)境下的檢測。因此，對地溝油的測定最終轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ椭妮腿∷嚯妼?dǎo)率的測定。 圖 互相關(guān)檢測原理框圖 圖 是實現(xiàn)互相關(guān)檢測的原理框圖。 參 考 信 號 通 道相 敏 檢 波 19 0 176。當(dāng) srff? 時，輸出信號為交流信號。具體設(shè)計見第三章。專用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了 算術(shù)邏輯單元 （ ALU）。具體的搭建見第三章。 表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。 電容式觸摸屏 電容技術(shù)觸摸屏 是利用人體的 電流 感應(yīng)進行工作的。將顯示與操控界面統(tǒng)一于觸控屏上。 系統(tǒng)硬件組成框圖 信 號 采 集兩 路 相 位 相 差9 0 176。包括 10 位量化器、高帶寬跟蹤 /維持 ,精度高內(nèi)部參考。 C 到 +85℃。 reg [15:0] Cntr_CLK_ADC。 end endmodule 信號 源部分 本系統(tǒng)的信號源是用 Altera提供的 NCO核組建而成， NCO核的控制端口與 CPU相聯(lián)，輸出端口與外部 DAC 相聯(lián)。 該部分由兩個 NCO 核組成，一個產(chǎn)生正弦激勵信號，一個產(chǎn)生兩路同頻率的正交正弦信號；該部分能有效地實現(xiàn)激勵正弦信號的產(chǎn)生，為檢測電極提供檢測信號，同時為鎖定放大器提供兩路同頻率正交正弦參考信號 。 input signed [11:0] data_small。 求和電路的功能是將兩路信號相加并輸出其和，求和電路的具體實現(xiàn)是利用FPGA 的可編程性，用 Verilog HDL 語言實現(xiàn)的 。本系統(tǒng)采用 Nios II的 Nios Ⅱ/s —— 標(biāo)準(zhǔn) 型，以減少 FPGA 資源的消耗。 電導(dǎo)率值計算 利用鎖定放大器傳送來的數(shù)值，經(jīng)過開方運算，除以參考信號的幅值便可得出被測液的電率導(dǎo)值。 測試環(huán)境： 硬件平臺：友晶公司研發(fā)的 DE2 開發(fā)板。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)電導(dǎo)率信號的檢測。由于系統(tǒng)涉及化學(xué)物質(zhì)檢測和微弱信號檢測，屬于學(xué)科交叉部分，需要一定化學(xué)知識和豐富的信號處理方面的知識。一維傳感器對某些物質(zhì)的區(qū)分不是十分明顯，因此在后續(xù)的研究中，可在本系統(tǒng)平臺上掛載多個傳感器，采集多種物質(zhì)參數(shù)，例如：氣味參數(shù)、重金屬元素參數(shù)、透光度參數(shù)等。由于非接觸式檢測的傳感器的制作復(fù)雜，需要測量大量的參數(shù)進行調(diào)整，所以在本系統(tǒng)未能采用。 表 是常用的純液體的電導(dǎo)率表。通過對該處的檢測檢可判斷輸出的幅值是否與輸入相同。本系統(tǒng)通過對電導(dǎo)率的測定以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地地溝油檢測。 25 第四章 地溝油檢測系統(tǒng)的軟件架構(gòu)及實現(xiàn) 系統(tǒng)軟件流程圖 檢 測 并 計 算 出 電 導(dǎo)率比 較 相 關(guān) 參 數(shù)L C D 顯 示 參 數(shù) 狀 態(tài)是 否 判 別 為 地溝 油 ？顯 示 報 警開 始是循環(huán)檢測循環(huán)檢測 圖 系統(tǒng)軟件流程圖 軟件各部分分析 本系統(tǒng)軟件分為三個部分：電導(dǎo)率值計算部分，判斷是否為地溝油部分，顯示報警部分。 圖 加法器原理圖 d. 參考信號源 參考信號源直接由 NCO 核產(chǎn)生兩路同頻正交正弦信號提供。其中開方運算由CPU 單獨完成，以降低電路的復(fù)雜程度。 NCO 核 DAC7621驅(qū)動電路 DAC7621 CPU 22 兩路相敏檢波電路所起的作用是一樣的，都是將待測信號與兩路參考信號分別相乘，即相敏檢波電路在此處就是數(shù)字乘法電路。 C to +85176。 else CLK_ADC=0。 output reg [9:0] DATA_Output。 DAC7621是一個 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， +5V單電源供電，包含輸入寄存器， 的內(nèi)部參考電壓，高速軌對軌的輸出運算放大器，快速的建立時間每 7uS 傳輸1LSB，它的工作功率為 。此處的 ADC 芯片采用 ADS828。 本系統(tǒng)的指標(biāo)：工作于常溫環(huán)境 25℃ — 40℃；輸出值穩(wěn)定。電容屏更主要的缺點是漂移：當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時，環(huán)境電場發(fā)生改變時，都會引起電容屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移。總共需四根電纜。將處理器實現(xiàn)為 HDL 的 IP 核，開發(fā)者能夠完全定制 CPU 和外設(shè)，獲得恰好滿足需求的處理器。這 3 種產(chǎn)品具有 32 位處理器 的基本結(jié)構(gòu)單元—— 32 位指令大小， 32 位數(shù)據(jù)和地址路徑， 32 位 通用寄存器 和 32 個外部中斷源；使用同樣的 指令集架構(gòu) （ ISA）， 100%二進制代碼兼容，設(shè)計者可以根據(jù)系統(tǒng)需求的變化更改 CPU，選擇滿足性能和成本的最佳方案，而不會影響已有的 軟件投入。 2..2 信號源設(shè)計方案 檢測電導(dǎo)率需施加正弦信號，所以本系統(tǒng)需要一個可調(diào)的正弦信號發(fā)生器。 13 當(dāng) cut s rf f f??時，則有： 0IQ??； 當(dāng) s r cut s rf f f f f? ? ? ?時，則有： 12c o s [ 2 ( ) ( ) ]2 srABI f f t? ? ?? ? ? ?，12s in [ 2 ( ) ( ) ]2 srABQ f f t? ? ?? ? ? ?； 當(dāng) srff? 時，則有： 12co s[ ( )]2ABI ????， 12sin [( )]2ABQ ????。正交矢量型鎖定放大器原理圖如圖 。 圖 自相關(guān)檢測原理框圖 由圖 輸出： ? ? )()()()()()(1lim 2/2/?????? nnnssnssiTT iTXXRRRRdttxtxTR ?????? ????，根據(jù)互相關(guān)的性質(zhì)，由于信號 S（ t）與噪聲信號 N（ t）不相關(guān)，并且噪聲的 平均值為零，得到 0)( ??snR ， 0)( ??nsR ，則 Rxx(? )= )()( ?? nnss RR ? ，隨 ? 的增大， 0?nnR 則對充分大的 ? ，可得 )()( ?? ssxx RR ? ，就得到了信號 S(t)的自相關(guān)函數(shù) )(?ssR ，乘法器 ∫ 延時器（ ? ） Xi(t)=Si(t)+Ni(t) Rxn(? ) 11 它包含了 S(t)所攜帶的某些信息。通過對待測油脂的 萃取水相電導(dǎo)率進行測量就可初步判斷出其是否為地溝油。劉志金 [13]等發(fā)現(xiàn)泔水油電導(dǎo)率是普通食用油 5~7 倍，且在低溫時，有析出物，使油脂不澄清透明。尹平河 [10]等采用乙酸乙酯與石油醚為展開劑，碘液為顯色劑，對食用油、地溝油、煎炸老油進行分析發(fā)現(xiàn)，它們在 Rf = 處有共同斑點，地溝油在 Rf = 后有明顯拖尾長斑，煎炸老油在 Rf = 處有明顯拖尾長斑。全常春 [6]等應(yīng)用 GC/MS 對精煉后地 溝油進行檢測，發(fā)現(xiàn)大量C9 ~C14 烷烴（說明該地溝油已被礦物油污染或不法分子摻兌），并檢測到油脂氧化變質(zhì)二級物質(zhì)―己醛。 現(xiàn)行的地溝油檢測方法 由于地溝油所呈現(xiàn)的特殊的理化性， 國內(nèi)為已有多種檢測方法。 地溝油，泛指在生活中存在的各類劣質(zhì)油，如回收的 食用油 、反復(fù)使用的炸油等。通過檢測油脂的萃取液水相電導(dǎo)率，判斷其是否大于 S/cm，如果其大于 S/cm 則被測液為地溝油，否則為非地溝油。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計報告不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本系統(tǒng)可利用微弱信號檢測部分進行功能擴展，提高本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。它含有毒素，流向江河會造成水體營養(yǎng)化，一旦食用，則會破壞 白血球 和消化道 黏膜，引起食物中毒，甚至致癌。在地溝油回收及加工過程中因受到污染，或接觸金屬器皿后引入重金屬，因此，重金屬有可能成為地溝油特征化學(xué)成分。動物油脂普遍含有相對較高膽固醇，而植物油一般不含或含有極少膽固醇，因此可通過檢測膽固醇含量判定植物油是否含有動物油脂。 熒光測試法 考慮 到地溝油外源性污染物質(zhì)特性，針對餐具洗滌劑表面活性劑十二烷基苯 8 磺酸鈉混在地溝油中，而食用油不含這種人工合成化學(xué)物質(zhì)。電導(dǎo)率檢測法，只需通過電子設(shè)備終端進行測定待測液的電導(dǎo)率，操作簡單，檢測時間短，易于開發(fā)成集成的檢測終端，方便普通人員檢測地溝油。由于油脂的萃取水相電導(dǎo)率所引起的電信號十分微弱，所以本設(shè)計涉及到微弱信號的檢測問題。設(shè)輸入 x(t)為： ? ? ? ? ? ?tntstx ?? 。 參 考 信 號 通 道相 敏 檢 波 2 低 通 濾 波 器 2低 通 濾 波 器 1運算單元IQA?待 測 信 號()xt 1 ()Zt2 () 圖 正交矢量型鎖定放大器原理圖 圖 為正交矢量型鎖定放大器的運算流程圖。 對于待測信號的 A ，可利用 srff? 時， I 與 Q 求得，即： 222A I QB?? 電導(dǎo)率信號轉(zhuǎn)換方案 本系統(tǒng)采用電極激勵方案將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成電信號。 中央處理部分設(shè)計方案 本系統(tǒng)是基于 SOPC 技術(shù)搭建的檢測系統(tǒng)，因此采用 NiosII 軟核 CPU 作為中央處理器，搭建中央控制處理部分。用戶能為系統(tǒng)中使用的每個 Nios Ⅱ 處理器創(chuàng)建多達 256 個專用指令，這使得設(shè)計者能夠細致地調(diào)整系統(tǒng)硬件以滿足性能目標(biāo)。 顯示及輸入設(shè)計方案 獨立的顯示和輸入設(shè)備太過分散，不易于設(shè)備的集成。具有光面及霧面處理。 電容式觸摸屏 是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層 ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層 ,夾層ITO 涂層作為工作面，四個角上引出四個 電極 ，內(nèi)層 ITO 為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)整體設(shè)計方案框圖 圖 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖 為了充分利用 FPGA 的系統(tǒng)資源，并進一步將本系統(tǒng)集成，除了檢測電極電路利用外部資源實現(xiàn)外，其余大部分電路包括正交矢量型鎖定放大器都用數(shù)字電路實現(xiàn)，并集成于 FPGA 芯片上。 的 N C O核C y c l o n I I F P G AN I O S I I C P U I 1溫 度 采 集核S D R A M 控制 器F L A S HA D C 接 口8 M S D R A M4 M F l a s h溫 度 采 集 模 塊3 2 0 2 4 0 觸 摸屏3 2 0 2 4 0 L CD 接 口D A C 7 6 2 1A D S 8 2 8 E激 勵 正 弦 信 號響 應(yīng) 信 號F I R B P F信 號 放 大乘 法 器 F I R L P F 加 法 器檢 測 電 極 圖 系統(tǒng)硬件組成框圖 系統(tǒng)主要由五大部分組成：外部檢測電極模塊、信號源、 CPU 及接口、鎖定放大器、觸控顯示部分。它還允許用戶禁用內(nèi)部參考和利用外部用。 本系統(tǒng)通過在 SOPC 系統(tǒng)中搭建 ADS828E 的驅(qū)動電路與外部的 ADS828 聯(lián)接，通過硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的控制，提高處理速度。//to create 828e39。 21 圖 數(shù)控信號源電路框圖 圖 ，數(shù)控信號源由 NCO 核、 DAC7621 驅(qū)動電路、 DAC7621 組成。 圖 NCO 核原理圖 正交矢量型鎖定放大器 關(guān)于正交矢量型鎖定放大器的原理請參見第二章第 小節(jié)。 output signed [11:0] data_big。 Verilog HDL 描述如下： 23 module add_24bit(sum,a,b)。 CPU 的存儲器采用 SRAM 存儲器，以 I/O 口為外設(shè)控制接口。運算流圖如圖 ： 26 圖 電導(dǎo)率計算流圖 判斷地溝油 參考地溝油區(qū)分值 S/cm，判斷所測電導(dǎo)率值是否大于 S/cm，如果大于此值則被測液為地溝油，否則為非地溝油。 軟件平臺： Altera 公司開發(fā)的 QuartusII FPGA 開發(fā)套件。 油脂萃取液水相電導(dǎo)率的測試 通過對不同的油脂的萃取液的水相電導(dǎo)率進行檢測，并與油脂的實際電導(dǎo)率值相比較，測試系統(tǒng)準(zhǔn)確性以及校準(zhǔn)系統(tǒng)。許多知識實在制作系統(tǒng)作品時摸索學(xué)習(xí)和研究。通過多傳感器數(shù)據(jù)采集進行多維度的檢測，做到對物質(zhì)成分的分析，使本系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確度提高，檢測范圍拓展，擴大應(yīng)用范圍。非接觸式檢測將檢測電極與待測液完全隔離開，很好的避免了存在腐蝕的可能性。 測試結(jié)果值 電壓 /v 1 2 平方 1 4 測試值 7810 12230 22150 34200 55000 84500 108700 122300 150200 1620xx 結(jié)果分析： 29 圖 測試值的線性擬合 圖 展示了測試值在線性擬合后的結(jié)果，測試結(jié)果呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，說明本系統(tǒng)可以明顯區(qū)分不同液體的電導(dǎo)率，可以快速測定地溝油。主要觀察低通濾波器的輸出值，該