專利名稱：快速檢測化肥各成分含量的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及化肥成份的檢測技術(shù)，具體地說是指快速檢測化肥各成份含量的儀器。
背景技術(shù)：
雖然涉農(nóng)企業(yè)在不斷地提高農(nóng)資產(chǎn)品的科技含量和生產(chǎn)質(zhì)量，但仍有些產(chǎn)品令老百姓深感不滿意；雖然政府加大了打擊假冒偽劣產(chǎn)品的力度，但坑農(nóng)害農(nóng)的假種子假農(nóng)藥、假肥料等現(xiàn)象仍屢禁不絕，各類涉農(nóng)投訴案件不斷。農(nóng)資特別是化肥質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和收成?；手锌偟⒂行Я?、鉀和氯離子含量是化肥比較主要的質(zhì)量指標，前三者的質(zhì)量主要體現(xiàn)在實際養(yǎng)分含量低于標示量，而氯離子超標則會導致爛根，最終可能是相應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品絕收，重金屬鉛含量超標會導致農(nóng)產(chǎn)品的該指標不合格，將嚴重影響農(nóng)產(chǎn)品的銷售和出口，并危害消費者的身體健康。
因此開發(fā)可現(xiàn)場快速檢測化肥質(zhì)量的高科技裝備，在當前顯得尤為重要。目前現(xiàn)場和基層應(yīng)用主要是采用國標方法，采用重量法檢測或采用分光光度計檢測，偶爾也有采用將化肥用復雜方法處理后用土壤檢測儀器進行檢測，但這些標示“土壤檢測儀”或“土壤化肥檢測儀”的儀器均主要針對土壤樣品，即無機成分和水溶性成分，氮的檢測則只針對硝態(tài)氮，而對于有機成分，如尿素態(tài)氮，和枸溶性成分，即部分有效磷，則無法適用或不準確。
國內(nèi)尚未研制出便攜、快速、低成本的專門針對化肥樣品進行快速測定的儀器。另外根據(jù)目前的調(diào)查，國內(nèi)、國際市場上也沒有檢測化肥相關(guān)指標的便攜式速測儀出現(xiàn)，其主要原因是，發(fā)達國家的化肥因產(chǎn)品監(jiān)督檢測較為嚴格，而基本無須再在流通領(lǐng)域進行檢測，而國內(nèi)的化肥質(zhì)量問題被有意無意地掩蓋，只是近年來才被陸續(xù)曝光，尚未引起專業(yè)機構(gòu)足夠的重視。在很多測定化肥質(zhì)量的方法中，必須加熱、消化或烘干，這些方式均不適應(yīng)現(xiàn)場要求。而且這些樣品處理和檢測過程不但操作上要求要有專業(yè)人員執(zhí)行，而且測定的周期較長。
相關(guān)法規(guī)的滯后，以及檢測技術(shù)、檢測裝備的落后等歷史原因，導致相關(guān)職能部門的執(zhí)法監(jiān)督水平跟不上消費的要求，因而有必要從我國的國情出發(fā)有針對性開發(fā)質(zhì)量優(yōu)異、成本較低、科技含量高、方便現(xiàn)場使用的化肥質(zhì)量檢測裝備。
實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可對多樣品、多成份的化肥進行現(xiàn)場快速檢測的儀器。
本實用新型采用如下技術(shù)方案快速檢測化肥各成份含量的儀器，包括單片機及與單片機相連的輔助電路部分、光路部分、數(shù)據(jù)輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號調(diào)理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位于同一光路上，比色池位于單色光光源、光電池組二者之間；光源穩(wěn)壓控制電路的輸入端與單片機及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號調(diào)理電路的信號輸入端與光電池組相連，信號輸出端與單片機相連。單片機及輔助電路部分用于計算與控制；數(shù)據(jù)輸入輸出部分用于與輸入輸出設(shè)備連接，以實現(xiàn)人機交互；單色光光源產(chǎn)生固定波長的單色光，照射比色池中的已顯色反應(yīng)液，光電池組用于檢測透過反應(yīng)液的單色光的光強度，并將光強度信號轉(zhuǎn)換成電信號送入信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路將電信號進行放大整形后輸出到單片機和輔助電路，進行計算處理后將結(jié)果輸送至數(shù)據(jù)輸入輸出部分。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其單色光光源為一組單波長的發(fā)光二極管。不同的單色光對應(yīng)于不同的檢測指標。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其單色光光源也可為至少一個全波長的發(fā)光二極管，在該發(fā)光二極管與多通道比色池之間設(shè)有一組活動的濾光片，該濾光片組連接有調(diào)節(jié)不同波長濾光片的調(diào)節(jié)旋鈕。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其輔助電路包括與單片機相連的電源控制電路、實時時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)監(jiān)控電路。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其數(shù)據(jù)輸入輸出部分包括RS232/USB接口模塊和GPRS/GSM接口模塊。
由上述對本實用新型結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點一，可以對多樣品、多成份的化肥同時進行檢測，具有前處理方便、操作簡單、檢測快速的優(yōu)點；二，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便攜的特點，可隨身攜帶至現(xiàn)場對化肥進行檢測，方便工作人員隨身攜帶使用；三，可通過與計算機連接進行數(shù)據(jù)采集和整理、存檔，還可通過無線方式將檢測結(jié)果實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心或上級主管部門的數(shù)據(jù)庫。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例下面參照圖1說明本實用新型的具體實施例。
本實施例提供一種快速檢測化肥各成份含量的儀器。參照圖1，該儀器包括單片機1及與單片機1相連的輔助電路部分2、光路部分3、數(shù)據(jù)輸入輸出部分4。該光路部分3包括光源穩(wěn)壓控制電路31、單色光光源32、濾光片組33及與其相連的可用于調(diào)節(jié)不同波長濾光片的調(diào)節(jié)旋鈕37、多通道比色池34、光電池組35和信號調(diào)理電路36。
單色光光源32、濾光片組33、多通道比色池34和光電池組35依次位于同一光路上。光源穩(wěn)壓控制電路31的輸入端與單片機1相連，電壓輸出端與單色光光源32相連，光源穩(wěn)壓控制電路31受單片機1控制，為單色光光源32提供恒定的電壓，并控制單色光光源32的開關(guān)。單色光光源32產(chǎn)生固定波長的單色光，照射比色池34中的已顯色反應(yīng)液，光電池組35作為光接收器，用于接收并檢測透過反應(yīng)液的單色光的光強度，并將光強度信號轉(zhuǎn)換成電信號送入信號調(diào)理電路36。
信號調(diào)理電路36的信號輸入端與光電池組35相連，信號輸出端與單片機1相連。單片機1及輔助電路部分2用于計算與控制，該輔助電路部分2包括與單片機1相連的電源控制電路21、實時時鐘電路22、數(shù)據(jù)存儲電路23和系統(tǒng)監(jiān)控電路24。電源控制電路21為整臺儀器提供穩(wěn)定可靠的電源，實時時鐘電路22用于系統(tǒng)計時，數(shù)據(jù)存儲電路23用于將采集的數(shù)據(jù)存儲在EEPROM中，系統(tǒng)監(jiān)控電路24用于監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)。信號調(diào)理電路36將光電池組35產(chǎn)生電信號進行放大整形后輸出到單片機1，進行計算處理后將結(jié)果輸送至數(shù)據(jù)輸入輸出部分4。
數(shù)據(jù)輸入輸出部分4主要包括RS232/USB接口模塊41和GPRS/GSM接口模塊42，用于與打印機、顯示器、鍵盤、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GSM無線網(wǎng)絡(luò)等輸入輸出設(shè)備或傳輸網(wǎng)絡(luò)連接，以實現(xiàn)人機交互和進一步的數(shù)據(jù)收集、整理和分析。
在本實施例中，單色光光源32為至少一個全波長的發(fā)光二極管，通過調(diào)節(jié)旋鈕37選擇不同的濾光片，從而得到不同濾長的單色光。然而，很容易想到的是，該單色光光源32也可采用一組單波長的發(fā)光二極管，而不需要濾光片組33。
該儀器的工作原理是利用化肥中各成分與相應(yīng)試劑在常溫下分別發(fā)生特異反應(yīng)，生成某種顏色的產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)果的顏色深淺與化肥中的各成分含量成正比，利用適當波長的單色光測定其吸光值，然后與單片機1內(nèi)置的標準工作曲線對比，從而得出各成分的大致含量。
固態(tài)光源雖然因發(fā)散角大、輻射能量低、光譜曲線不易匹配等原因阻礙了其在分析儀器上的采用，但根據(jù)光度計檢測原理，在各個樣品濃度點所測出的吸光度是個相對值，在每次測量時，只要把空白、樣品點一并測出，利用其差值繪制標準曲線就可消除固態(tài)光源的缺陷，因此本實施例采用固定波長或全波長的超高亮度發(fā)光二極管這一固態(tài)光源。
光電探測元件采用了高靈敏度的光電池組35，其響應(yīng)波長范圍為300至1050nm，光照特性為線性，頻率響應(yīng)特性在0至100kHz。在電路方面采用光致電壓即零偏置工作模式，這種電路雖然工作頻率響應(yīng)特性較差，長波段靈敏度較低，但在恒定的光照下，為了光靈敏度和線性度，光電池被應(yīng)用到最大限度，且儀器各個通道的光源波長都處在中短波，從而提高儀器的精密度。同時高靈敏度的光電池頻帶寬，在使用光譜帶寬內(nèi)的檢測靈敏度高，線性范圍寬，噪聲低或暗電流小、溫漂小，同時與之對應(yīng)的電路簡單，故障率低、壽命長，能滿足車載使用要求的抗震性。同時可配套12位的AD轉(zhuǎn)換芯片，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換方面要求。
其儀器控制軟件利用芯片供應(yīng)商提供的開發(fā)軟件Silicon Laboratories IDE，設(shè)計功能強大的、已包括標準工作曲線的儀器控制軟件，其控制界面友好、智能化程度高。由于本儀器的控制系統(tǒng)較為龐大，采用C語言和匯編語言混合編程，設(shè)計出滿足儀器功能需要又方便檢測人員使用的界面。其界面采用菜單化管理，人機對話一目了然。只要在樣品預(yù)處理完畢，本儀器馬上就可檢測出相應(yīng)濃度，從速度與精度方面來看，都比同類儀器高一個等級。由于系統(tǒng)控制復雜，所包括的功能較多，又要保存大量的測試數(shù)據(jù)，采用了64K Flash的大容量單片機。這樣控制程序所占用四十幾K的內(nèi)存，又可保存112頁各個項目數(shù)據(jù)，以備需要查看。
配套的計算機數(shù)據(jù)處理軟件利用供應(yīng)商提供的無線模塊接口，用Delphi和匯編語言混合開發(fā)出數(shù)據(jù)無線傳輸軟件及數(shù)據(jù)處理軟件，可通過遠程接收或與儀器連接接收數(shù)據(jù)，以便測試數(shù)據(jù)交流、匯兌，綜合分析給出更全面的評價結(jié)論。
軟件系統(tǒng)主要有打開文件、保存文件、打印當前、預(yù)覽當前、打印全部、預(yù)覽全部、打開串口、數(shù)據(jù)接受、退出、保存項目、瀏覽項目等控鍵；還要讓用戶輸入監(jiān)測單位、監(jiān)測時間、監(jiān)測地點、檢測人員、受檢食品產(chǎn)地或來源、受檢食品名稱、成批食品數(shù)量、抽樣數(shù)量、初步處理方式、抽樣人、檢測人、抽樣時間、抽樣地點等相關(guān)信息；而檢測項目、受檢食品種類、檢測項目濃度由通信模塊接收到的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫賦值。編程盡量考慮到用戶使用軟件的方便性，如在主界面把上次填寫的監(jiān)測單位、監(jiān)測地點、監(jiān)測人員、抽樣人、檢測人等一般不常改變的信息自動填寫到窗體上；檢測依據(jù)國家標準、國家限量標準等根據(jù)所接收的檢測項目信息而改變，減少用戶的輸入工作量。軟件形成自己的文件格式，以便以后導入“化肥質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)庫。充分考慮到系統(tǒng)的擴充性與兼容性。
該儀器專門針對化肥安全檢測技術(shù)的現(xiàn)狀進行設(shè)計，利用光學分析原理對化肥中各成分進行快速檢測，實現(xiàn)儀器的數(shù)字化、智能化以及適于非專業(yè)人員的現(xiàn)場快速測定。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、濃度直讀、人機界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點，它能同時進行化肥中總氮、有效磷、鉀和氯離子含量，且具有數(shù)據(jù)存儲、查詢、結(jié)果打印、傳輸?shù)裙δ堋１緝x器適用于工商部門、質(zhì)量監(jiān)督部門、農(nóng)業(yè)部門、化肥生產(chǎn)單位等對化肥進行快速檢測。儀器的分析方法大多采用自主研發(fā)的快速檢測方法，檢測結(jié)果與國家標準方法具有很好的相關(guān)性，但檢測成本和速度明顯優(yōu)于國標方法和其他儀器方法。
上述僅為本實用新型的一個具體實施例，但本實用新型的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本實用新型進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本實用新型保護范圍的行為。
權(quán)利要求1.快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特征在于包括單片機及與單片機相連的輔助電路部分、光路部分、數(shù)據(jù)輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號調(diào)理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位于同一光路上，比色池位于單色光光源、光電池組二者之間；光源穩(wěn)壓控制電路的輸入端與單片機及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號調(diào)理電路的信號輸入端與光電池組相連，信號輸出端與單片機相連。
2.如權(quán)利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的單色光光源為一組單波長的發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的單色光光源為至少一個全波長的發(fā)光二極管，在該發(fā)光二極管與多通道比色池之間設(shè)有一組活動的濾光片，該濾光片組連接有調(diào)節(jié)不同波長濾光片的調(diào)節(jié)旋鈕。
4.如權(quán)利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的輔助電路包括與單片機相連的電源控制電路、實時時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)監(jiān)控電路。
5.如權(quán)利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)輸入輸出部分包括RS232/USB接口模塊和GPRS/GSM接口模塊。
專利摘要快速檢測化肥各成分含量的儀器，包括單片機及與單片機相連的輔助電路部分、光路部分、數(shù)據(jù)輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號調(diào)理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位于同一光路上，比色池位于單色光光源、光電池組二者之間；光源穩(wěn)壓控制電路的輸入端與單片機及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號調(diào)理電路的信號輸入端與光電池組相連，信號輸出端與單片機相連。該儀器可對多樣品、多成分的化肥同時進行檢測，具有前處理方便、操作簡單、檢測快速的優(yōu)點；且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便攜的特點，可隨身攜帶至現(xiàn)場對化肥進行檢測，方便工作人員隨身攜帶使用。
文檔編號G01N21/78GK2909242SQ20062008507
公開日2007年6月6日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者湯新華 申請人:湯新華