專利名稱：反射式水果糖酸度快速檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水果糖酸度檢測儀，尤其是一種反射式水果糖酸度快速檢測儀。
背景技術(shù)：
目前，水果糖酸度的檢測方法很多，最常見的蒽酮比色測定方法，通過對水果樣品進(jìn)行研磨、搗碎處理，提取果汁進(jìn)行測定，這顯然是一種有損檢測方法，這樣方法不僅制樣煩瑣、費(fèi)時費(fèi)力，而且檢測成本高、效率低。為了取得一種快速、簡便的快速檢測水果糖酸度的方法，國內(nèi)外學(xué)者曾進(jìn)行了一些相關(guān)研究高效液相色譜法由高效液相色譜儀對水果果汁樣品進(jìn)行分析，分析前需花大量時間來做復(fù)雜的樣本前處理，此方法操作復(fù)雜，使用的儀器昂貴，檢測成本高，檢測時間長。
折光法使用手持式糖酸度計，應(yīng)用水果果汁的折射率比例于濃度的原理進(jìn)行檢測，這種方法雖然簡便，但也是一種有損檢測，且其檢測精度較低。
可見光測定法利用實(shí)驗(yàn)室光譜儀將可見光照射在水果表面，并在照射部位對立面接受經(jīng)內(nèi)部組織吸收后的透射光線的一種方法。這種方法雖然是快速損檢測，但由于獲取到的光譜信息低，導(dǎo)致有效光譜信息提取困難，影響其檢測精度。
近紅外光測定法利用實(shí)驗(yàn)室光譜儀將近紅外光照射在水果表面，通過測定經(jīng)內(nèi)部擴(kuò)散之后由果實(shí)表面反射光線的一種方法。此方法先進(jìn)行光譜微分、平滑等預(yù)處理，結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型，并用所建立的模型來預(yù)測被檢測水果的糖酸度。但此方法是基于實(shí)驗(yàn)室光譜儀器，成本較高且不具有便攜性和操作簡易性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供反射式水果糖酸度快速檢測儀。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，由光強(qiáng)度控制器、光源、CCTV反射聚光鏡頭、光柵單色儀、光信號采集器、光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和顯示器組成；其中光強(qiáng)度控制器與光源連接，光源對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭之間的光路反射線路的兩側(cè)；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的光路上依次分布有光柵單色儀、光信號采集器；光信號采集器與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電路連接；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與顯示器電路連接。
本發(fā)明提供的反射式水果糖酸度快速檢測儀，光強(qiáng)控制器用于控制光源的發(fā)光強(qiáng)度，通過采集水果在400nm-1100nm波段范圍內(nèi)的漫反射近紅外光譜，根據(jù)水果吸光度大小來計算并顯示出水果的糖酸度大小，從而實(shí)現(xiàn)簡便、快速的水果內(nèi)部糖酸含量的定量化顯示。
光源射出的光線直接照射水果表面，經(jīng)內(nèi)部組織吸收后反射出來的光線經(jīng)CCTV反射聚光鏡頭后被光柵單色儀分光后進(jìn)入光信號采集器，光信號采集器可以是多通道CCD硅檢測器，例如通過R232通訊接口將信息傳給光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，經(jīng)過放大器、濾波和A/D轉(zhuǎn)換后送至微處理器，微處理器控制與3位LED共陽靜態(tài)顯示電路顯示輸出水果的糖酸度值大小。
微處理器中已載入預(yù)測模型程序，可對采集后的水果原始光譜進(jìn)行水果糖酸度的快速定量顯示輸出。微處理器與3位LED共陽靜態(tài)顯示電路相連，測量的結(jié)果就可由3位LED共陽靜態(tài)顯示電路點(diǎn)亮數(shù)碼來分別表示糖酸度含量的高低。
本發(fā)明的有益效果是在水果的成熟過程中，隨著水果糖酸度的增加而變大，水果對近紅外光的吸收特征也會隨之變化，這就是本發(fā)明的理論依據(jù)。在350nm-1100nm近紅外波長范圍內(nèi)，獲取水果的近紅外吸收光譜信息，通過微處理器所帶的數(shù)學(xué)建模程序進(jìn)行計算分析，根據(jù)水果吸光度大小確定水果的糖酸度。


圖1為本發(fā)明的反射式水果糖酸度快速檢測儀簡易結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的反射式水果糖酸度快速檢測儀電路部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，由光強(qiáng)度控制器7、光源1、CCTV反射聚光鏡頭2、光柵單色儀3、光信號采集器4、光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5和顯示器6組成；其中光強(qiáng)度控制器7與光源1連接，光源1對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭2之間的光路反射線路的兩側(cè)；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭2與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5之間的光路上依次分布有光柵單色儀3、光信號采集器4；光信號采集器4與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5電路連接；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5與顯示器6電路連接。
實(shí)施例2、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其中光信號采集器4與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5之間；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5與顯示器之間的電路連接如下地址鎖存器DZSC輸出端A7通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同連接在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連；89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連；AD574的15腳是數(shù)字地DGND，AD574的9腳是模擬地AGND；AD574的7腳接VCC電源正+15V端，11腳VEE接電源負(fù)-15V端；光信號采集器(4)采集的光信號通過AD574的兩路模擬輸入端13腳的0～10V、14腳的0～20V端輸入，89S51的ALE端口與地址鎖存器DZSC相連，地址鎖存器DZSC輸出端A0、A1與AD574的4腳A0、3腳CS相連；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具體為AD574的8位數(shù)字信號經(jīng)DB4-DB11，DB0-DB3端口輸出到89C51的P0.0～P0.7的輸入口；S1通過電阻R2與89S51的RST端相連；89S51的RXD端口與移位寄存器74LS164的輸入端口連接，89S51的P1.4、TXD的端口經(jīng)過一個與門輸出與三個74LS164的控制端口CK連接；74LS164的輸出端口與LED模塊連接；按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連；89S51的P1.0的輸出端口通過ZLJDQJK與負(fù)載FZ2連接；P1.1的輸出端口通過JLJDQJK與負(fù)載FZ1連接；89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別與LED2(R)、LED3(Y)連接；89S51的P3.2通過電阻與LED1連接，LED1與Vcc連接，P1.7、P1.6還分別通過電阻與Vcc連接。
其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其中光信號采集器4與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5之間；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5與顯示器之間的電路連接如下地址鎖存器DZSC輸出端A7通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同連接在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連；89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連供單片機(jī)訪問，以判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；AD574的15腳是數(shù)字地DGND，AD574的9腳是模擬地AGND；AD574的7腳接VCC電源正+15V端，11腳VEE接電源負(fù)-15V端。
光信號采集器(4)采集的光信號通過AD574的兩路模擬輸入端13腳的0～10V、14腳的0～20V端輸入，來自WR、RD的信號通過或非門后輸出，并進(jìn)入到AD574的CE、R/C；89S51來的P3.2的信號進(jìn)入到AD574的STS端口來控制AD574的模/數(shù)轉(zhuǎn)換；89S51的ALE端口與地址鎖存器DZSC相連，地址鎖存器DZSC輸出端A0、A1與AD574的4腳A0、3腳CS相連；A0、A1的輸出給AD574的4腳A0、3腳CS相連，以實(shí)現(xiàn)A/D的全12位轉(zhuǎn)換，并將12位數(shù)據(jù)分2次送入數(shù)據(jù)總線；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具體為AD574的8位數(shù)字信號經(jīng)DB4-DB11，DB0-DB3端口輸出到89C51的P0.0～P0.7的輸入口；經(jīng)過89C51內(nèi)部ROM的程序指令使之實(shí)現(xiàn)信號鎖定、顯示。
89S51也通過P0.0～P0.7口發(fā)出命令，并經(jīng)地址鎖存器DZSC輸出端A7又通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同作用在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連。89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連供單片機(jī)訪問，以判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。如當(dāng)某一路水果的光測試信號到來時，通過AD574的模擬輸入端0-10V、020V輸入的某一對應(yīng)端口輸入，然后由89S51的P3.2、WR、RD、RXD、TXD輸出，經(jīng)過3連LED模塊顯示水果品質(zhì)的好壞結(jié)果。
S1通過電阻R2與89S51的RST端相連；89S51的RXD端口與移位寄存器74LS164的輸入端口連接，89S51的P1.4、TXD的端口經(jīng)過一個與門輸出與三個74LS164的控制端口CK連接；74LS164的輸出端口與LED模塊連接，并通過數(shù)碼顯示器顯示水果的光測試結(jié)果。
在水果的光測試準(zhǔn)備階段，操作員按復(fù)位鍵S1，S1通過電阻R2與89S51的RST端相連，數(shù)顯為“0”態(tài)；水果的光測試開始后，當(dāng)任一路水果的光測試信號到來時，模擬信號輸入到AD574的13腳的0-10V或14腳的0-20V輸入時，然后由89S51的內(nèi)部轉(zhuǎn)換后再由89S51的RXD端口輸出到移位寄存器74LS164的輸入端口，并經(jīng)過移位寄存器74LS164，而且同時89S51的P1.4、TXD的端口輸出經(jīng)過一個與門輸出并作用到三個74LS164的控制端口CK；74LS164的輸出端口與LED模塊連接，并通過數(shù)碼顯示器顯示水果的光測試結(jié)果。
按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連；89S51的P1.0的輸出端口通過ZLJDQJK與負(fù)載FZ2連接；P1.1的輸出端口通過JLJDQJK與負(fù)載FZ1連接；89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別與LED2(R)、LED3(Y)連接；89S51的P3.2通過電阻與LED1連接，LED1與Vcc連接，P1.7、P1.6還分別通過電阻與Vcc連接。
按鈕S1是使系統(tǒng)起復(fù)位作用的；按鈕S2是起功能轉(zhuǎn)換的，S2按下時LED1亮，顯示滿數(shù)值的大小，松開S2顯示當(dāng)前被測數(shù)值的大?。话粹oS3是設(shè)定滿數(shù)值大小的加1鍵，按鈕S4是設(shè)定滿數(shù)值大小的減1鍵。按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連。89S51的P1.0、P1.1為驅(qū)動負(fù)載的輸出端口信號，P1.0的輸出端口接ZLJDQJK的輸入，經(jīng)ZLJDQJK放大后再驅(qū)動負(fù)載FZ2。P1.1的輸出端口接JLJDQJK的輸入，經(jīng)JLJDQJK放大后再驅(qū)動負(fù)載FZ1。89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別驅(qū)動LED2(R)、LED3(Y)。LED2(R)、LED3(Y)的發(fā)光組合來直接指示出特殊品質(zhì)的水果，并通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)把它分離出來。
圖4中的P0.0-P0.7作為輸出口使用時，要注意其內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)1寫入D鎖存器，當(dāng)P0.0-P0.7作為輸入口使用時，要注意區(qū)分“讀引腳”和“讀端口”，讀端口是指內(nèi)部總線上的D鎖存器端口Q和/Q，所以P0.0-P0.7為雙向8位三態(tài)I/O口，為低8位地址總線及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可以驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。89S51的ALE為輸出連接端口，其功能為地址鎖存允許，當(dāng)不訪問外部鎖存器時，ALE的頻率為FOSC的1/6。RST為輸入連接端口，其功能為89C51提供復(fù)位信號。當(dāng)P1.0-P1.7作為輸出口使用時，它不需要在外電路上接上拉電阻，因其內(nèi)部已有，當(dāng)P1.0-P1.7作為輸入口使用時，要注意其內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)1寫入D鎖存器。RXD是串行輸入口；TXD是串行輸出口。
WR、是外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出口；RD、是外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出口。
AD574為28只腳，其功能為片選信號端CS。片啟動信號端CE。讀出/轉(zhuǎn)換控制信號端R/C。數(shù)據(jù)輸出格式選擇信號端12/8，當(dāng)12/8＝1時，12條數(shù)據(jù)線同時輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，當(dāng)12/8＝0時，只有高8位或低4位有效。字節(jié)選擇控制信號端A0，在轉(zhuǎn)換期間，若A0＝0，AD574進(jìn)行全12轉(zhuǎn)換，若A0＝1，AD574進(jìn)行8轉(zhuǎn)換，在讀出期間，若A0＝0，高8位數(shù)據(jù)有效，若A0＝1，低4位數(shù)據(jù)有效。輸出狀態(tài)信號端STS。由于AD574片內(nèi)有時鐘，故無需外加時鐘信號。給電路采用單極性輸入方式，可對13腳0-10V或14腳0-20V來的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位從27腳(MSB)～20腳DB11-BD4輸出，低4位從19腳～16腳(LSB)DB3-DB0輸出，并直接和89S51P0.0～P0.7的數(shù)據(jù)總線相連。
其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例4、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其中顯示器6采用LED數(shù)碼顯示器。其余同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，由光強(qiáng)度控制器(7)、光源(1)、CCTV反射聚光鏡頭(2)、光柵單色儀(3)、光信號采集器(4)、光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)和顯示器(6)組成；其特征在于光強(qiáng)度控制器(7)與光源(1)連接，光源(1)對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭(2)之間的光路反射線路的兩側(cè)；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭(2)與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)之間的光路上依次分布有光柵單色儀(3)、光信號采集器(4)；光信號采集器(4)與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)電路連接；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)與顯示器(6)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其特征在于光信號采集器(4)與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)之間；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)與顯示器之間的電路連接如下地址鎖存器DZSC輸出端A7通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同連接在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連；89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連。AD574的15腳是數(shù)字地DGND，AD574的9腳是模擬地AGND；AD574的7腳接VCC電源正+15V端，11腳VEE接電源負(fù)-15V端；光信號采集器(4)采集的光信號通過AD574的兩路模擬輸入端13腳的0～10V、14腳的0～20V端輸入，89S51的ALE端口與地址鎖存器DZSC相連，地址鎖存器DZSC輸出端A0、A1與AD574的4腳A0、3腳CS相連；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具體為AD574的8位數(shù)字信號經(jīng)DB4-DB11，DB0-DB3端口輸出到89C51的P0.0～P0.7的輸入口；S1通過電阻R2與89S51的RST端相連；89S51的RXD端口與移位寄存器74LS164的輸入端口連接，89S51的P1.4、TXD的端口經(jīng)過一個與門輸出與三個74LS164的控制端口CK連接；74LS164的輸出端口與LED模塊連接；按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連；89S51的P1.0的輸出端口通過ZLJDQJK與負(fù)載FZ2連接；P1.1的輸出端口通過JLJDQJK與負(fù)載FZ1連接；89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別與LED2(R)、LED3(Y)連接；89S51的P3.2通過電阻與LED1連接，LED1與Vcc連接，P1.7、P1.6還分別通過電阻與Vcc連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反射式水果糖酸度快速檢測儀。本發(fā)明由光強(qiáng)度控制器、光源、CCTV反射聚光鏡頭、光柵單色儀、光信號采集器、光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和顯示器組成；其中光強(qiáng)度控制器與光源連接，光源對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭之間的光路反射線路的兩側(cè)；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的光路上依次分布有光柵單色儀、光信號采集器；光信號采集器與光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電路連接；光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與顯示器電路連接。水果對近紅外光的吸收特征隨著水果糖酸度的增加而變大，本發(fā)明通過獲取近紅外吸收光譜信息，通過光信號數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算分析，由數(shù)碼顯示器快速顯示水果的糖酸度。
文檔編號G01N21/27GK1865930SQ20061001901
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者劉燕德, 歐陽愛國, 毛學(xué)東, 馬文烈, 肖懷國, 羅吉 申請人:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)