CN100335886C

CN100335886C - 反射式水果糖酸度检测仪

Info

Publication number: CN100335886C
Application number: CNB200610019011XA
Authority: CN
Inventors: 刘燕德; 欧阳爱国; 毛学东; 马文烈; 肖怀国; 罗吉
Original assignee: Jiangxi Agricultural University
Current assignee: Jiangxi Agricultural University
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: CN1865930A

Abstract

本发明涉及一种反射式水果糖酸度快速检测仪。本发明由光强度控制器、光源、CCTV反射聚光镜头、光栅单色仪、光信号采集器、光信号数据处理系统和显示器组成；其中：光强度控制器与光源连接，光源对称的位于水果与CCTV反射聚光镜头之间的光路反射线路的两侧；正对水果的CCTV反射聚光镜头与光信号数据处理系统之间的光路上依次分布有光栅单色仪、光信号采集器；光信号采集器与光信号数据处理系统电路连接；光信号数据处理系统与显示器电路连接。水果对近红外光的吸收特征随着水果糖酸度的增加而变大，本发明通过获取近红外吸收光谱信息，通过光信号数据处理系统计算分析，由数码显示器快速显示水果的糖酸度。

Description

反射式水果糖酸度检测仪

技术领域

本发明涉及一种水果糖酸度检测仪，尤其是一种反射式水果糖酸度快速检测仪。

背景技术

目前，水果糖酸度的检测方法很多，最常见的蒽酮比色测定方法，通过对水果样品进行研磨、捣碎处理，提取果汁进行测定，这显然是一种有损检测方法，这样方法不仅制样烦琐、费时费力，而且检测成本高、效率低。为了取得一种快速、简便的快速检测水果糖酸度的方法，国内外学者曾进行了一些相关研究：

高效液相色谱法：由高效液相色谱仪对水果果汁样品进行分析，分析前需花大量时间来做复杂的样本前处理，此方法操作复杂，使用的仪器昂贵，检测成本高，检测时间长。

折光法：使用手持式糖酸度计，应用水果果汁的折射率比例于浓度的原理进行检测，这种方法虽然简便，但也是一种有损检测，且其检测精度较低。

可见光测定法：利用实验室光谱仪将可见光照射在水果表面，并在照射部位对立面接受经内部组织吸收后的透射光线的一种方法。这种方法虽然是快速损检测，但由于获取到的光谱信息低，导致有效光谱信息提取困难，影响其检测精度。

近红外光测定法：利用实验室光谱仪将近红外光照射在水果表面，通过测定经内部扩散之后由果实表面反射光线的一种方法。此方法先进行光谱微分、平滑等预处理，结合化学计量学方法建立数学模型，并用所建立的模型来预测被检测水果的糖酸度。但此方法是基于实验室光谱仪器，成本较高且不具有便携性和操作简易性。

发明内容

本发明的目的在于提供反射式水果糖酸度快速检测仪。

本发明的技术方案为：

一种反射式水果糖酸度快速检测仪，由光强度控制器、光源、CCTV反射聚光镜头、光栅单色仪、光信号采集器、光信号数据处理系统和显示器组成；其中：光强度控制器与光源连接，光源对称的位于水果与CCTV反射聚光镜头之间的光路反射线路的两侧；正对水果的CCTV反射聚光镜头与光信号数据处理系统之间的光路上依次分布有光栅单色仪、光信号采集器；光信号采集器与光信号数据处理系统电路连接；光信号数据处理系统与显示器电路连接。

本发明提供的反射式水果糖酸度快速检测仪，光强控制器用于控制光源的发光强度，通过采集水果在400nm-1100nm波段范围内的漫反射近红外光谱，根据水果吸光度大小来计算并显示出水果的糖酸度大小，从而实现简便、快速的水果内部糖酸含量的定量化显示。

光源射出的光线直接照射水果表面，经内部组织吸收后反射出来的光线经CCTV反射聚光镜头后被光栅单色仪分光后进入光信号采集器，光信号采集器可以是多通道CCD硅检测器，例如通过R232通讯接口将信息传给光信号数据处理系统中的数据采集系统，经过放大器、滤波和A/D转换后送至微处理器，微处理器控制与3位LED共阳静态显示电路显示输出水果的糖酸度值大小。

微处理器中已载入预测模型程序，可对采集后的水果原始光谱进行水果糖酸度的快速定量显示输出。微处理器与3位LED共阳静态显示电路相连，测量的结果就可由3位LED共阳静态显示电路点亮数码来分别表示糖酸度含量的高低。

本发明的有益效果是：在水果的成熟过程中，随着水果糖酸度的增加而变大，水果对近红外光的吸收特征也会随之变化，这就是本发明的理论依据。在350nm-1100nm近红外波长范围内，获取水果的近红外吸收光谱信息，通过微处理器所带的数学建模程序进行计算分析，根据水果吸光度大小确定水果的糖酸度。

附图说明

图1为本发明的反射式水果糖酸度快速检测仪简易结构示意图。

图2为本发明的反射式水果糖酸度快速检测仪电路部分的结构示意图。

具体实施方式

实施例1、

一种反射式水果糖酸度快速检测仪，由光强度控制器7、光源1、CCTV反射聚光镜头2、光栅单色仪3、光信号采集器4、光信号数据处理系统5和显示器6组成；其中：光强度控制器7与光源1连接，光源1对称的位于水果与CCTV反射聚光镜头2之间的光路反射线路的两侧；正对水果的CCTV反射聚光镜头2与光信号数据处理系统5之间的光路上依次分布有光栅单色仪3、光信号采集器4；光信号采集器4与光信号数据处理系统5电路连接；光信号数据处理系统5与显示器6电路连接。

实施例2、

一种反射式水果糖酸度快速检测仪，其中：光信号采集器4与光信号数据处理系统5之间；光信号数据处理系统5与显示器之间的电路连接如下：地址锁存器DZSC输出端A7通过两个或非门，并和89S51的WR、RD共同连接在两个或非门的输入端口，然后在两个或非门的输出端口分别与AD574的CE、R/C相连；89S51的P3.2端口直接与AD574的28脚STS相连；AD574的15脚是数字地DGND，AD574的9脚是模拟地AGND；AD574的7脚接VCC电源正+15V端，11脚VEE接电源负-15V端；光信号采集器(4)采集的光信号通过AD574的两路模拟输入端13脚的0～10V、14脚的0～20V端输入，89S51的ALE端口与地址锁存器DZSC相连，地址锁存器DZSC输出端A0、A1与AD574的4脚A0、3脚CS相连；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具体为AD574的8位数字信号经DB4-DB11，DB0-DB3端口输出到89C51的P0.0～P0.7的输入口；S1通过电阻R2与89S51的RST端相连；89S51的RXD端口与移位寄存器74LS164的输入端口连接，89S51的P1.4、TXD的端口经过一个与门输出与三个74LS164的控制端口CK连接；74LS164的输出端口与LED模块连接；按钮S2、S3、S4的右端分别与89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连；89S51的P1.0的输出端口通过ZLJDQJK与负载FZ2连接；P1.1的输出端口通过JLJDQJK与负载FZ1连接；89S51的P1.2、P1.3输出端口通过两个反相器分别与LED2(R)、LED3(Y)连接；89S51的P3.2通过电阻与LED1连接，LED1与Vcc连接，P1.7、P1.6还分别通过电阻与Vcc连接。

其余同实施例1。

实施例3、

一种反射式水果糖酸度快速检测仪，其中：光信号采集器4与光信号数据处理系统5之间；光信号数据处理系统5与显示器之间的电路连接如下：地址锁存器DZSC输出端A7通过两个或非门，并和89S51的WR、RD共同连接在两个或非门的输入端口，然后在两个或非门的输出端口分别与AD574的CE、R/C相连；89S51的P3.2端口直接与AD574的28脚STS相连供单片机访问，以判断A/D转换是否结束；AD574的15脚是数字地DGND，AD574的9脚是模拟地AGND；AD574的7脚接VCC电源正+15V端，11脚VEE接电源负-15V端。

光信号采集器(4)采集的光信号通过AD574的两路模拟输入端13脚的0～10V、14脚的0～20V端输入，来自WR、RD的信号通过或非门后输出，并进入到AD574的CE、R/C；89S51来的P3.2的信号进入到AD574的STS端口来控制AD574的模/数转换；89S51的ALE端口与地址锁存器DZSC相连，地址锁存器DZSC输出端A0、A1与AD574的4脚A0、3脚CS相连；A0、A1的输出给AD574的4脚A0、3脚CS相连，以实现A/D的全12位转换，并将12位数据分2次送入数据总线；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具体为AD574的8位数字信号经DB4-DB11，DB0-DB3端口输出到89C51的P0.0～P0.7的输入口；经过89C51内部ROM的程序指令使之实现信号锁定、显示。

89S51也通过P0.0～P0.7口发出命令，并经地址锁存器DZSC输出端A7又通过两个或非门，并和89S51的WR、RD共同作用在两个或非门的输入端口，然后在两个或非门的输出端口分别与AD574的CE、R/C相连。89S51的P3.2端口直接与AD574的28脚STS相连供单片机访问，以判断A/D转换是否结束。如当某一路水果的光测试信号到来时，通过AD574的模拟输入端0-10V、020V输入的某一对应端口输入，然后由89S51的P3.2、WR、RD、RXD、TXD输出，经过3连LED模块显示水果品质的好坏结果。

S1通过电阻R2与89S51的RST端相连；89S51的RXD端口与移位寄存器74LS164的输入端口连接，89S51的P1.4、TXD的端口经过一个与门输出与三个74LS164的控制端口CK连接；74LS164的输出端口与LED模块连接，并通过数码显示器显示水果的光测试结果。

在水果的光测试准备阶段，操作员按复位键S1，S1通过电阻R2与89S51的RST端相连，数显为“0”态；水果的光测试开始后，当任一路水果的光测试信号到来时，模拟信号输入到AD574的13脚的0-10V或14脚的0-20V输入时，然后由89S51的内部转换后再由89S51的RXD端口输出到移位寄存器74LS164的输入端口，并经过移位寄存器74LS164，而且同时89S51的P1.4、TXD的端口输出经过一个与门输出并作用到三个74LS164的控制端口CK；74LS164的输出端口与LED模块连接，并通过数码显示器显示水果的光测试结果。

按钮S2、S3、S4的右端分别与89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连；89S51的P1.0的输出端口通过ZLJDQJK与负载FZ2连接；P1.1的输出端口通过JLJDQJK与负载FZ1连接；89S51的P1.2、P1.3输出端口通过两个反相器分别与LED2(R)、LED3(Y)连接；89S51的P3.2通过电阻与LED1连接，LED1与Vcc连接，P1.7、P1.6还分别通过电阻与Vcc连接。

按钮S1是使系统起复位作用的；按钮S2是起功能转换的，S2按下时LED1亮，显示满数值的大小，松开S2显示当前被测数值的大小；按钮S3是设定满数值大小的加1键，按钮S4是设定满数值大小的减1键。按钮S2、S3、S4的右端分别与89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连。89S51的P1.0、P1.1为驱动负载的输出端口信号，P1.0的输出端口接ZLJDQJK的输入，经ZLJDQJK放大后再驱动负载FZ2。P1.1的输出端口接JLJDQJK的输入，经JLJDQJK放大后再驱动负载FZ1。89S51的P1.2、P1.3输出端口通过两个反相器分别驱动LED2(R)、LED3(Y)。LED2(R)、LED3(Y)的发光组合来直接指示出特殊品质的水果，并通过驱动机构把它分离出来。

图4中的P0.0-P0.7作为输出口使用时，要注意其内部总线上的数据1写入D锁存器，当P0.0-P0.7作为输入口使用时，要注意区分“读引脚”和“读端口”，读端口是指内部总线上的D锁存器端口Q和/Q，所以P0.0-P0.7为双向8位三态I/O口，为低8位地址总线及数据总线分时复用口，可以驱动8个LS型TTL负载。89S51的ALE为输出连接端口，其功能为地址锁存允许，当不访问外部锁存器时，ALE的频率为FOSC的1/6。RST为输入连接端口，其功能为89C51提供复位信号。当P1.0-P1.7作为输出口使用时，它不需要在外电路上接上拉电阻，因其内部已有，当P1.0-P1.7作为输入口使用时，要注意其内部总线上的数据1写入D锁存器。RXD是串行输入口；TXD是串行输出口。

WR、是外部数据存储器写选通输出口；RD、是外部数据存储器读选通输出口。

AD574为28只脚，其功能为：片选信号端CS。片启动信号端CE。读出/转换控制信号端R/C。数据输出格式选择信号端12/8，当12/8＝1时，12条数据线同时输出转换结果，当12/8＝0时，只有高8位或低4位有效。字节选择控制信号端A0，在转换期间，若A0＝0，AD574进行全12转换，若A0＝1，AD574进行8转换，在读出期间，若A0＝0，高8位数据有效，若A0＝1，低4位数据有效。输出状态信号端STS。由于AD574片内有时钟，故无需外加时钟信号。给电路采用单极性输入方式，可对13脚0-10V或14脚0-20V来的模拟信号进行转换。转换结果的高8位从27脚(MSB)～20脚DB11-BD4输出，低4位从19脚～16脚(LSB)DB3-DB0输出，并直接和89S51P0.0～P0.7的数据总线相连。

其余同实施例1。

实施例4、

一种反射式水果糖酸度快速检测仪，其中：显示器6采用LED数码显示器。其余同实施例1。

Claims

1、一种反射式水果糖酸度检测仪，由光强度控制器(7)、光源(1)、CCTV反射聚光镜头(2)、光栅单色仪(3)、光信号采集器(4)、光信号数据处理系统(5)和显示器(6)组成；光强度控制器(7)与光源(1)连接，光源(1)对称的位于水果与CCTV反射聚光镜头(2)之间的光路反射线路的两侧；正对水果的CCTV反射聚光镜头(2)与光信号数据处理系统(5)之间的光路上依次分布有光栅单色仪(3)、光信号采集器(4)；光信号采集器(4)与光信号数据处理系统(5)电路连接；光信号数据处理系统(5)与显示器(6)电路连接；其特征在于：光信号采集器(4)与光信号数据处理系统(5)之间；光信号数据处理系统(5)与显示器之间的电路连接如下：

地址锁存器DZSC输出端A7通过两个或非门，并和89S51的WR、RD共同连接在两个或非门的输入端口，然后在两个或非门的输出端口分别与AD574的CE、R/C相连；89S51的P3.2端口直接与AD574的28脚STS相连；

AD574的15脚是数字地DGND，AD574的9脚是模拟地AGND；AD574的7脚接VCC电源正+15V端，11脚VEE接电源负-15V端；光信号采集器(4)采集的光信号通过AD574的两路模拟输入端13脚的0～10V、14脚的0～20V端输入，89S51的ALE端口与地址锁存器DZSC相连，地址锁存器DZSC输出端A0、A1与AD574的4脚A0、3脚CS相连；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，为AD574的8位数字信号经DB4-DB11，DB0-DB3端口输出到89C51的P0.0～P0.7的输入口；S1通过电阻R2与89S51的RST端相连；89S51的RXD端口与移位寄存器74LS164的输入端口连接，89S51的P1.4、TXD的端口经过一个与门输出与三个74LS164的控制端口CK连接；74LS164的输出端口与LED模块连接；按钮S2、S3、S4的右端分别与89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连；89S51的P110的输出端口通过ZLJDQJK与负载FZ2连接；P1.1的输出端口通过JLJDQJK与负载FZ1连接；89S51的P1.2、P1.3输出端口通过两个反相器分别与LED2(R)、LED3(Y)连接；89S51的P3.2通过电阻与LED1连接，LED1与Vcc连接，P1.7、P1.6还分别通过电阻与Vcc连接。