【正文】 電路圖可知，進(jìn)入 17 腳的電壓是電池電壓經(jīng)過(guò)二分之一分壓后的電壓值，故每次開機(jī)之后檢測(cè) 17 腳的電壓值即可判斷出電池電壓是否正常。 A/D 采樣模塊 儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要在試樣的不同部位分別進(jìn)行采樣，共進(jìn)行 10 次，保存 10 次采樣結(jié)果。肉類水分快速測(cè)定儀作為便攜式智能儀器，必須具備可靠性高、操作簡(jiǎn)單、功耗低等特點(diǎn)?？梢姡O(shè)計(jì)中采用 5V單電源供電，可極大地減低器件電流功耗，從而降低系統(tǒng)功耗。本設(shè)計(jì)中單片機(jī) PIC16C71 采用 的時(shí)鐘頻率，可以大大減少單片機(jī)的電流消耗，降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。想要改變顯示內(nèi)容時(shí)，單片機(jī)只需將要顯示的數(shù)據(jù)輸入到 LCD 的緩沖器中，這樣較大地減少了 CPU 的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)的功耗。這種數(shù)字濾波方法既剔除了干擾數(shù)據(jù)，又消除了一定的系統(tǒng)誤差，獲得了既能滿足測(cè)量精度要求，又不影響測(cè)量效率和 CPU 占用時(shí)間的良好效果。 （ 5）標(biāo)志中斷 在程序中設(shè)置了一些中斷標(biāo)志，使 CPU 在執(zhí)行程序時(shí)，不斷核對(duì)標(biāo)志，若符合標(biāo)志設(shè)定，則程序繼續(xù)進(jìn)行，否則提示程序出錯(cuò)，這樣就可以及時(shí)的進(jìn)行操作，使程序正常運(yùn)行。 MPLABICD 有如下特性： 實(shí)時(shí)、單步代碼執(zhí)行 斷點(diǎn)功能 在線調(diào)試功能 工作電壓范圍為 到 可由目標(biāo)系統(tǒng)提供工作電壓 工作頻率范圍為 32kHZ 到 20MHZ 源程序級(jí)的代碼調(diào)試 可以工作于 MPLABIDE 集成開發(fā)環(huán)境，兼容于 Microsoft Windows 174。 MPLABICD 會(huì)話窗口如 62 所示。在編程過(guò)程中，狀態(tài)欄（ Status box）里將會(huì)顯示當(dāng)前的操作順序。 改變環(huán)境溫度為 22℃，再進(jìn)行一次同樣的測(cè)量，部分測(cè)試數(shù)據(jù)舉例如表 4 所示。 （ 5）操作簡(jiǎn)單 儀器只設(shè)有一個(gè)操作鍵，通過(guò) LCD 顯示器 的顯示信息提示和軟件管理，單鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)字 鍵、控制鍵的全部功能，因此操作簡(jiǎn)單，不易出現(xiàn)誤操作。作為一名本科生，能夠有機(jī)會(huì)在這樣一位導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，我感到非常幸運(yùn)。 邵金燕 湖南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 肉類水分快速測(cè)定儀設(shè)計(jì) 32 參 考 文 獻(xiàn) [1] 鄧明韜 . 水分測(cè)定法 . 北京：高等教育出版社， 1997 [2] 〔蘇〕 克里切夫斯基 . 水分檢測(cè)的原理與裝置 . 北京：計(jì)量出版社，李福彬譯， 1986 [3] 滕召勝，周光俊，童調(diào)生 . 糧食的導(dǎo)電浴盆效應(yīng)與新型 水分檢測(cè)方法研究 . 中國(guó)糧油學(xué)報(bào)， 1999,14（ 1）： 59~62 [4] 滕召勝 . 新型插桿式糧油水分傳感器設(shè)計(jì) . 儀表技術(shù)與傳感器， 1999（ 1）： 3~4 [5] 滕召勝 . 水分檢測(cè)技術(shù)及其智能信息處理方法的研究（博士論文） . 長(zhǎng)沙湖南大學(xué)，1998 [6] 滕召勝，陳繼斌 . 智能傳感器的低功耗設(shè)計(jì) . 傳感器世界， 1999（ 5）： 27~30 [7] 滕召勝，江岳春 . 便攜式智能儀器實(shí)用抗干擾設(shè)計(jì) . 中國(guó)儀器儀表， 1992(2)： 12~14 [8] 丁元 . 糧食水分測(cè)量技術(shù)概述 . 分析儀器， 1997(2)： 5~8 [9] 李昌禧 . 新型紅外線水分儀 . 自動(dòng)化儀表， 1996(7)： 13~17 [10] 杜民，方志成 . 新型水分快速測(cè)定儀的研究 . 儀器儀表學(xué)報(bào)， 1998,18(5)： 486~491 [11] IC16C71X DATA SHEET. Microchip Technology Inc， 1995 [12] 王主軍 . 數(shù)字式溫度測(cè)控芯片 DS1620 在溫度測(cè)量中的應(yīng)用 . 電子技術(shù)應(yīng)用， 1999（ 6）： 71~72 [13] . The Measurement of Moisture Content. Measurement and Control， ，,March， 1989 [14] System Excusion Data Book， Dallas Corporation,1996 [15] Kandala C. Capacitance Sensors for Measuring Single Kernal Moisture Content in Corn. Am SOC Ag Eng,1995 [16] Lawrence ,Nelson . Radiofrequency Densityindependence Determination in Wheat. Transaction of the ASAE, 1993,38(3):477~483 。論文草稿完成后，滕老師逐字逐句地對(duì)論文進(jìn)行了修改。而本儀器獲得一個(gè)樣品定量檢測(cè)結(jié)果只需要 1min。測(cè)試過(guò)程如下： 測(cè)試方法：將用本儀器測(cè)量肉類水分的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)法烘干失重法測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。 完成設(shè)置后，點(diǎn)擊 MPLABICD 會(huì)話窗口中的 Program 按鈕，這時(shí)候就會(huì)將源程序的十六進(jìn)制文件和調(diào)試代碼（ Debug Code）寫入 MPLABICD 目標(biāo)板中的 PIC16F87X 里。 為了對(duì) PIC16F877 芯片進(jìn)行編程 ,必須先對(duì) ICD 選項(xiàng)會(huì)話窗口 (ICD Options dialog)進(jìn)行湖南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 肉類水分快速測(cè)定儀設(shè)計(jì) 26 設(shè)置工作 ,為編 程作好準(zhǔn)備。 MPLABICD 既是一個(gè)編程器，又是一個(gè)在線調(diào)試器，它利用了 PIC16F87X 的在線調(diào)試能力和 Microchip 的在線串行編程技術(shù)（ InCircuit Serial Programming?）。當(dāng) CPU 程序由于某種干擾而失控時(shí)，看門狗定時(shí)器將溢出產(chǎn)生復(fù)位，使 CPU 重新啟動(dòng)運(yùn)行，而不至于失去控制。此時(shí)，經(jīng)典濾波方法就不可能把有用信號(hào)從測(cè)量結(jié)果中分離出來(lái)，而數(shù)字濾波具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。 （ 2）靜態(tài)顯示 傳統(tǒng)的智能儀器常常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式， CPU 長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，電流消耗比較大。如單片機(jī) PIC16C71 可 以使用 4 種振蕩方式：標(biāo)準(zhǔn)陶瓷晶體振蕩器 XT、高速晶體 /湖南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 肉類水分快速測(cè)定儀設(shè)計(jì) 23 陶瓷振蕩器 HS(4MHz 以上 )、低頻低功耗振蕩 LP(32kHz)和低成本阻容振蕩 RC，時(shí)鐘頻率范圍為 32kHz~16MHz。模擬電路的工作電壓范圍寬，電路正常 工作的動(dòng)態(tài)范圍較廣，在允許犧牲電路增益的條件下，降低電源電壓，壓縮電路動(dòng)態(tài)范圍，可大大降低電路的工作電流，從而降低儀器功耗。 運(yùn) 算公式為： M=k1 R+Z+k2 △ T (41) 式中， M—— 肉品中的水分含量； k1—— 交流阻抗特性曲線的線形化系數(shù)； R—— 測(cè)量結(jié)果示值； Z—— 設(shè)定的基準(zhǔn)值； k2—— 溫度補(bǔ)償系數(shù)； △ T—— 環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之差。為解決這一問(wèn)題，儀器在對(duì)肉制品進(jìn)行水分測(cè)之前，首先進(jìn)行基準(zhǔn)值的設(shè)定，用戶只需比照 GB105℃恒重法得出的標(biāo)準(zhǔn)參考值 ,設(shè)置相應(yīng)的基準(zhǔn)值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可有效的解決由于品種、品質(zhì)因素及地域等原因可能引起的測(cè)量誤差。 初始化模塊 初始化子程序主要完成對(duì)單片機(jī)內(nèi)專用寄存器的設(shè)定，規(guī)定好單片機(jī)的工作方式及各端口的工作狀態(tài)。 儀器只設(shè)有一個(gè)操作鍵，通過(guò)軟件管理，使單鍵成為多義鍵，既可作為數(shù)字鍵又可作為控制鍵。管腳 1， 2， 3 分別接到溫度采集器的 RST， CLK， DQ 上。對(duì)于本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)而言，對(duì)時(shí)間精度要求不高，故采用了 RC 振蕩器。這 樣在組成系統(tǒng)時(shí)，就可以去掉絕大部分的外圍元器件，最大限度的提高系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)成本。 （ 5） CPU CPU 連接標(biāo)志位， CPU＝ 1 表示 DS1620 工作為 CPU 控制狀態(tài)， CPU＝ 0 表示 DS1620 為無(wú) CPU 工作狀態(tài)。 DS1620 的溫度值以 ℃為最低有效值。本系統(tǒng)采用美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的新型溫度敏感元件 DS1620 芯片作為溫度測(cè)量元件，它以數(shù)字量輸出溫度測(cè)量值，具有測(cè)量范圍寬，傳輸距離遠(yuǎn) 圖 38 DS1620 管腳圖 （ 100m 以上），穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。 整流濾波電路如圖 34 所示。 圖 32 信號(hào)發(fā)生器電路圖 水分傳感器 水分傳感器采用針狀多電極結(jié)構(gòu)，由三對(duì)電極同時(shí)取樣，當(dāng)其中一對(duì)電極由于某種原因不能準(zhǔn)確取樣時(shí)，由其它兩對(duì)電極取樣仍可以使儀器正常工作。為減小水分檢測(cè)的非線性和溫度影響，測(cè)量通道引入了補(bǔ)償電路對(duì)水分測(cè)量信號(hào)進(jìn)行線性化處理和溫度補(bǔ)償處理，補(bǔ)償后的 0～ 5V 直流電壓信號(hào)送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 圖 21 肉品阻抗 水分含量曲線 采用交流 阻抗法，還要充分考慮到環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，以便設(shè)計(jì)相應(yīng)的補(bǔ)償電路。其中電容法測(cè)量取樣不便，部分物質(zhì)還存在 S 型非線性影響復(fù)雜的問(wèn)題。因此，電容法水分檢測(cè)的非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償十分重要。 直流電阻法和交流電容法 直流電阻法 和交流電容法是較早被用來(lái)測(cè)量水分含量的兩種方法。但是由于紅外線照射到被測(cè)樣品是無(wú)規(guī)則散射，除 水分外，被測(cè)物的雜質(zhì)對(duì)紅外也會(huì)吸收和散射，而且隨被測(cè)樣品成分的改變，光能的損失也不同。設(shè)待測(cè)試樣的重量為 W0，完全失水后的試樣重量為 ?W ，則試樣的水分百分比 含量為 %10000 ??? ?W WWM （ 21） 烘干失重法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、可靠，但操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)電，而且由于電烤箱的溫度波動(dòng)較大，容易損壞試樣，所以，烘干失重法只宜于實(shí)驗(yàn)室使用，不能用于生產(chǎn)、加工、考察現(xiàn)場(chǎng)。結(jié)合水性質(zhì)穩(wěn)定，不易散失，在溫度為－ 40℃時(shí)也不結(jié)冰 ,不能做溶劑 ,不參與物質(zhì)內(nèi)部的生化反應(yīng) ,生理活性很弱 ,較為穩(wěn)定。 為此，我們研究了肉品的交流導(dǎo)電特性，設(shè)計(jì)了一種針狀多電極水分快速檢測(cè)傳感器，研制了以單片機(jī) PIC16C71 為信息處理核心的肉類水分快速測(cè)定儀。經(jīng)過(guò)注水的肉，不僅風(fēng)味盡失，而且易滋生病菌，經(jīng)常食用極易導(dǎo)致身體疾病，但注水肉在外觀上和正常鮮肉無(wú)明顯區(qū)別，消費(fèi)者在購(gòu)買時(shí)，很難從感官上作出判斷，大多數(shù)情況下，會(huì)把注水肉當(dāng)作正常鮮肉食用。測(cè)試結(jié)果 顯示，儀器具有較高的準(zhǔn)確性和較好的重復(fù)性，應(yīng)用前景廣闊。儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有欠電提示、工作狀態(tài)顯示、采樣次數(shù)顯示和基準(zhǔn)值自動(dòng)計(jì)算等多種智能功能。不法商販 們對(duì)家禽獸注水，途經(jīng)很多，一是在宰殺前通過(guò)食道灌水，二是宰殺后通過(guò)動(dòng)脈管注水，有的甚至在銷售前直接用針頭對(duì)肌肉內(nèi)注水。因此，有關(guān)部門和廣大消費(fèi)者一直迫切希望找到一種能夠簡(jiǎn)便、快 速并且準(zhǔn)確地測(cè)定肉類水分含量的方法，徹底消滅注水肉。 表 1 肉體幾種主要部位的水分含量（ %） 肉體中的水分大致以 3 種狀態(tài)存在： （ 1） 結(jié)合水 結(jié)合水是指與蛋白質(zhì)分子表面借助極性基因與水分子的靜電引力而緊密結(jié)合的水分子層，約占正常肌肉總水分的 5％。烘干失重法需要使用分析天平和電烤箱，電烤箱用來(lái)加熱試樣，試樣中的水分蒸發(fā)主要靠熱傳導(dǎo)。根據(jù)比爾 — 朗伯定理，紅外線通過(guò)水分時(shí)被有選擇地吸收，通過(guò)被測(cè)樣品后的光強(qiáng)為 ktmeII ?? 0 （ 22） 式（ 22）中， 0I 為投射出的光強(qiáng)， k 為吸收系數(shù)， t 為被測(cè)物厚度， m 為被測(cè)樣品水分含量，兩邊取對(duì)數(shù)，得到被測(cè)樣品的水分含量為 湖南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 肉類水分快速測(cè)定儀設(shè)計(jì) 5 IIktM 0ln1? （ 23） 從理論上講，若 k， t 為定值， M 與II0ln呈線性變化。 當(dāng) t 足夠大時(shí)， Bte sa 2cos2? 趨于 0,由式（ 24）可得被測(cè)物質(zhì)的相對(duì)水分含量 ktWM S ?? ? ??? （ 25） 由式（ 25）可以看出， ?? 及 k 是