【正文】 今后，我將倍加努力，以優(yōu)異的成績(jī)回報(bào)母校。他讓我明白科研 人如何將治學(xué)和為人統(tǒng)一起來，也讓我學(xué)會(huì)如何積極而灑脫的生活，這些都將成為我未來人生道路上的一筆精神財(cái)富。 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) 31 致 謝 新型肉類水分快速測(cè)定儀的設(shè)計(jì)歷時(shí)近四個(gè)月，其間導(dǎo)師滕召勝教授傾注了大量的時(shí)間和精力，從論文選題、資料查找、方案比較、軟硬件設(shè)計(jì)到論文的撰寫，他都給予了全面細(xì)致的指導(dǎo)，并耐心解答了設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的種種問題。 （ 6）不損耗被測(cè)樣品 烘干失重法需要碎化被測(cè)樣品，再將被測(cè)樣品烘干，烘干后的樣品完全失水，不再具有食用價(jià)值。 （ 3）測(cè)量速度快 以往的烘干失重法僅干燥時(shí)間至少需要 30min，如果加上現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)間、樣品制備時(shí)間和其他操作時(shí)間，獲得一個(gè)樣品定量檢測(cè)結(jié)果至少需要 1h。 從表 3 和表 4 中的數(shù)據(jù)可以看出，采用基準(zhǔn)設(shè)定方式成功的消除了品種及品質(zhì)因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，溫度補(bǔ)償電路也將環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響基本消除。 測(cè)試過程及數(shù)據(jù) 儀器完成后，對(duì)其準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng)編程過程結(jié)束后狀態(tài)欄（ Status box）里將會(huì)顯示信息“ Waiting for user mand”（等待用戶命令）。對(duì)芯片類型、振蕩器類型、看門狗定時(shí)器、上電延時(shí)定時(shí)器、電源掉電監(jiān)測(cè)、低電壓編程、數(shù)據(jù)保護(hù)、閃速存儲(chǔ)器寫及代碼保護(hù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。選擇適當(dāng)?shù)倪x擇項(xiàng)來設(shè)置 MPLABIDE，使之能和 MPLABICD 的硬件一起工作。由于兩者的源程序可兼容，因此，為PIC16C71 編輯的源程序可直接用于 PIC16F877。 、 Windows 95/9 Windows NT 174。 硬件實(shí)時(shí)在線仿真器 MPLABICD 是針對(duì) Microchip 公司的 PIC 系列微控制芯片PIC16F87X 的廉價(jià)開發(fā)工具。 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) 25 第 6 章 儀器的調(diào)試及測(cè)試 本設(shè)計(jì)完成了包括硬件電路和軟件源程序在內(nèi)的全部?jī)?nèi)容，并進(jìn)行了仿真調(diào)試。 （ 3）看門狗定時(shí)器 看門狗定時(shí)器（ WDT）是一個(gè) CPU 片內(nèi)自激式的 RC 振蕩計(jì)時(shí)器。 （ 2）睡眠模式（ SLEEP） 單片機(jī)用于低功耗設(shè)計(jì)的睡眠方式同樣可以提高系統(tǒng)抗干擾能力。 （ 1）數(shù)字濾波 由于外界對(duì)于儀器的干擾有 時(shí)是隨機(jī)的，其特性往往只能從統(tǒng)計(jì)的意義上來描述。 （ 3） 盡量避免循環(huán)延時(shí) 循環(huán)延時(shí)是單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中一種常用等待、延時(shí)方式。當(dāng)有中斷命令時(shí)，單片機(jī)被“喚醒”，儀器重新進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的控制和處理。 軟件低功耗設(shè)計(jì)方法 軟件設(shè)計(jì)也直接影響著儀器的功耗， 本系統(tǒng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，以降低系統(tǒng)的功耗。在權(quán)衡單片機(jī)的運(yùn)算速度之后，選用了較低的時(shí)鐘頻率，這樣可以明顯地降低電流消耗。 低電壓供電同樣可以降低單片機(jī)的電流消耗，如本系統(tǒng)采用的 PIC16C71，其單電源電壓供電范圍為 3~6V，在時(shí)鐘頻率 4MHz 下，電源電壓為 6V 時(shí)的功耗為 12mW，電源電壓為 3V 時(shí)的功耗為 3mW。 硬件低功耗設(shè)計(jì)方法 （ 1） 單電源供電，降低電源電壓，壓縮電路動(dòng)態(tài)范圍 單電源供電狀態(tài)下，降低供電電壓可以進(jìn)一步降低電路的電流消耗。因 此，儀器的工程設(shè)計(jì)極其重要。 選內(nèi)部R C 振蕩，R A 1 通道A / D 使能清結(jié)果寄存器A D R E S清中斷標(biāo)志啟動(dòng)A / D 轉(zhuǎn)換延時(shí)取A / D 轉(zhuǎn)換結(jié)果是粗大值嗎？采樣次數(shù)加1采樣次數(shù)達(dá)1 0 次？進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)按鍵時(shí)間 1 s ？返回基準(zhǔn)調(diào)節(jié)態(tài)NOY E SNOY E SY E SNO 圖 43 基準(zhǔn)設(shè)定子程序流程圖 圖 44 A/D 采樣子程序流程圖 顯示H 0 . 0 , 設(shè)定基準(zhǔn)值的高位K 1 按下時(shí)間 1 s ?高位加1K 1 按下時(shí)間 1 s ?顯示0 H . 0 , 設(shè)定基準(zhǔn)值的次高位K 1 按下時(shí)間 1 s ?次高位加1K 1 按下時(shí)間 1 s ?顯示0 0 . H ，設(shè)定基準(zhǔn)值的低位K 1 按下時(shí)間 1 s ?低位加1K 1 按下時(shí)間 1 s ?進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)進(jìn)入基準(zhǔn)設(shè)定狀態(tài)NOYE SYE SNOYE SNOYE SNOYE SNOYE SNO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) 21 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對(duì) 10 次采樣結(jié)果進(jìn)行平均值運(yùn)算（累加后進(jìn)行除法運(yùn)算），然后，把肉類水分交流阻抗特性曲線進(jìn)行線形化處理，加入基準(zhǔn)補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償后，即得到肉類的水分含量值。每次采樣時(shí)都要判斷此次測(cè)量結(jié)果是否為粗大值，若是，則判定本次測(cè)量結(jié)果無效，更換采樣部位，繼續(xù)進(jìn)行下一次采樣。顯示子程序的源程序如下： DISPLAY MOVF 0CH CALL TABLE MOVWF 0CH MOVF 0DH CALL TABLE MOVWF 0DH MOVF 0EH CALL TABLE MOVWF 0EH MOVLW 05H MOVWF 2CH MOVLW 10H MOVWF FSR DLPPO1 RRF 00H,1 BTFSC STATUS,C BSF PORTB,1 BTFSS STATUS,C BCF PORTB,1 BSF PORTB,0 BCF PORTB,0 BSF PORTB,0 DECFSZ 2BH,1 GOTO DLOOP2 DECF FSR,1 DECFSZ 2CH,1 GOTO DLOOP1 RETURN TABLE ADDWF 02H,1 RETLW 03H RETLW 9FH RETLW 25H RETLW 0DH RETLW 99H RETLW 49H RETLW 41H RETLW 1FH RETLW 01H RETLW 09H RETLW 91H 基準(zhǔn)設(shè)定模塊 圖 41 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化欠電？欠電報(bào)警進(jìn)入調(diào)節(jié)基準(zhǔn)狀態(tài)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)調(diào)測(cè)量子程序測(cè)量結(jié)果顯示采樣結(jié)果數(shù)據(jù)處理儀器上電YESNO返回 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) 19 由于肉類水分 —— 阻抗特性受被測(cè)試樣種類、品質(zhì)的影響，因此不同地區(qū)，不同種類的試樣在相 同水分含量時(shí)，阻抗值不盡相同。系統(tǒng)中設(shè)電池電壓下降到 7V 時(shí)為警戒位，那么檢測(cè) 17 腳的電壓值是否小于 即可判斷系統(tǒng)是否欠電，若是，則顯示報(bào)警信號(hào)，否則進(jìn)入基準(zhǔn)設(shè)定模塊。主程序流程如圖 41 所示。 肉 類 水 分 快 速 測(cè) 量 儀基準(zhǔn)測(cè)量 %圖 311 SMS3502E LCM 外觀圖 表 2 SMS3502E 地址映射表 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) 17 第 4 章 儀器軟件設(shè)計(jì) 肉類水分快速測(cè)定儀作為便攜式儀器，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中一直遵循著簡(jiǎn)化硬件電路，以軟件設(shè)計(jì)代替硬件功能的設(shè)計(jì)原則，最大限度地減小儀器的體 積和重量。 X 為無關(guān)位，編程時(shí)可置 0 也可置 1。 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) 16 表 2 為芯片的地址映 射表。 6 腳、 7 腳是兩個(gè)雙向 I/O 口，分別接 LCD 顯示器的時(shí)鐘端口（ CLK）和數(shù)據(jù)端口（ DI） 。當(dāng) VDD從 0V 上升，只要其上升速度不小于 ，就能上電復(fù)位。 PIC16C71 系列微控制器可工作于 4 種不 同的振蕩器方式：低功耗振蕩器、晶體振蕩器、外部晶體振蕩器和 RC 振蕩器。而且具有低功耗睡眠（ SLEEP）模式和片內(nèi)看門狗定時(shí)器，提高了操作的可靠性，易于實(shí)現(xiàn)抗干擾設(shè)計(jì)。 PIC 系列單片機(jī)與其它常見微控制器不同之處還在于它集成了一系列特別的外圍功能部件，例如，可以進(jìn)行振蕩器選擇、可靠的復(fù)位電路（包括上電復(fù)位和芯片復(fù)位定時(shí)器等）、監(jiān)視定時(shí)器電路等。 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)儀器的核心部件，它需要完成 A/D 轉(zhuǎn)換、控制輸入、信號(hào)分析處理、信息顯示和欠電報(bào)警等多種智能功能。單片機(jī)對(duì) DS1620 的方式 /狀態(tài)寄存器與 E2PROM 進(jìn)行寫操作后，應(yīng)當(dāng)保 持 10ms 的延時(shí)，以保證數(shù)據(jù)寫入的可靠性。DONE=0,表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。首先溫度寄存器和計(jì)數(shù)器預(yù)置 55 ℃的基準(zhǔn)值，若溫度寄存器和計(jì)數(shù)器在脈沖周期結(jié)束之前為 0，則溫度寄存器增數(shù)，直至溫度寄存器中的數(shù)值為被測(cè)溫度值。耗流僅為數(shù)百微安級(jí)。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)多采用熱敏電阻，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，且可靠性相對(duì)較低，溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度低。 圖 35 正半周等效電路圖 圖 36 負(fù)半周等效電路圖 放大器 A2 的作用是，將全波整流后的電流反向，并實(shí)現(xiàn)有源濾波，在輸出端得到一正相直流電壓。在進(jìn)入單片機(jī)之前，須將此直流信號(hào)進(jìn)行放大，使其幅值在 0~5V 之間，在不超出單片機(jī)測(cè)量范圍的情況下，適當(dāng)增大放0?? ????? ? )(B r,0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) 11 大倍數(shù)，可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。 圖 33 中電極 1 接信號(hào)發(fā)生器，發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)經(jīng)電極之間的被測(cè)樣品衰減，電極 2 得到與樣品水分含量成正比的檢測(cè)信號(hào)，并送放 大電路處理。 故取 R=51kΩ , C=300pF 得?≈ 100kHz， W 為 200kΩ的多圈電位器，可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率和 幅值進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。 整個(gè)儀器的設(shè)計(jì)過程中，在滿足準(zhǔn)確性和可靠 性的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持低成本、低功耗、易操作的設(shè)計(jì)原則，盡量簡(jiǎn)化硬件電路，降低儀器功耗，因此，在設(shè)計(jì)中盡量選用微功耗器件和低功耗電路。 在原理框圖中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)被測(cè)樣品衰減，得到與水分含量成正比的水分測(cè)量信號(hào)，測(cè)量信號(hào)放大后經(jīng)整流濾波電路成為直流信號(hào)。 1 0 0 k5℃5 0 k2 0 ℃3 5 ℃70 水分含量 M / %阻抗Zx/Ω80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) 8 第 3 章 儀器電路設(shè)計(jì) 根據(jù)交流阻抗原理設(shè)計(jì)的儀器硬件系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生器、取樣傳感器、放大電路、整流濾波電路、補(bǔ)償電路、單片機(jī) 系統(tǒng)、 LCD 顯示、控制鍵等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。相比起直流電阻法和交流電容法，該方法具有更高的準(zhǔn)確性和更好的重復(fù)性，且實(shí)現(xiàn)方法同樣簡(jiǎn)單可行。 通過對(duì)肉制品在無線電頻率范圍內(nèi)導(dǎo)電特性的研究發(fā)現(xiàn)，肉制品的水分阻抗特性基本成對(duì)數(shù)關(guān)系： MbX aZ log?? （ 26） 式（ 26）中， ZX 為肉制品的阻抗， M 為肉制品水分含量， a、 b 均為常數(shù)，取值與被測(cè)肉類的品種有關(guān)，且 0 b 1。但是，這兩種方法都存在一定的問題：兩者共同的缺點(diǎn)是測(cè)量精度不高，約在 1~3%，且性能不夠穩(wěn)定。含水量越高，電阻越小