CN100335887C - 透射式水果营养成分测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透射式水果营养成分快速测定装置。本发明由光强度控制器、光源、聚焦凹面镜、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，光源对称的位于聚焦凹面镜前端的中心轴线的两侧；聚焦凹面镜的后端与光信号数据处理系统之间的光路上依次分布有光纤探头、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营养成分的增加而变化，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维生素等营养成分。

Description

透射式水果营养成分测定装置

技术领域

本发明涉及一种水果营养成分检测仪，尤其是一种透射式水果营养成分快速测定装置。

背景技术

目前，水果维生素的检测方法很多，最常见的2，6-氯酚靛酚滴定法测定，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。为了取得一种无损、简便的无损检测水果维生素无损检测方法，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。

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透射光线的一种方法。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维生素。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透射式水果营养成分快速测定装置。

本发明的技术方案为：

一种透射式水果营养成分快速测定装置，由光强度控制器、光源、聚焦凹面镜、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，光源对称的位于聚焦凹面镜前端的中心轴线的两侧；聚焦凹面镜的后端与光信号数据处理系统之间的光路上依次分布有光纤探头、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。

本发明提供的透射式水果营养成分快速测定装置，光强控制器用于控制光源的发光强度，在350nm-1100nm近红外波长范围内获取水果的近红外光谱信息，通过89C51微处理器计算出水果内部的维生素含量。测量结果由LCD液晶显示电路显示。

由光源发出的光经过水果的透射光信号由聚焦凹面镜、光纤探头、光栅单色仪、光信号采集器采集后，由微处理器等组成的光信号数据处理系统将光信号转化为数字信号；与微处理器相连接的由HD4478、HD4410和液晶板组成LCD液晶显示模块显示测定结果；光强控制器用于控制光源的发光强度。

本发明的有益效果是：在水果的成熟过程中，维生素会随着水果营养成分的增加而变大，同时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，通过微处理器进行计算分析，根据水果吸光度大小确定水果的维生素含量。

实际测量时，光源射出的光线直接照射水果表面，经水果内部组织吸收后的透射光由聚焦凹面镜接收并由接收光纤探头将光谱信号输送到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，通过R232通讯接口将信息传给光信号数据处理系统，经过放大器、滤波和A/D转换后送至微处理器，微处理器控制与由HD4478、HD4410和液晶板组成LCD液晶显示模块显示电路显示输出水果的维生素值大小。

附图说明

图1为本发明的透射式水果营养成分快速测定装置简易结构示意图。

图2为本发明的透射式水果营养成分快速测定装置电路部分的结构示意图。

附图说明：光源1、聚焦凹面镜2、光栅单色仪3、光信号采集器4、光信号数据处理系统5、显示器6、光强度控制器7、光纤探头8。

具体实施方式

实施例1、

一种透射式水果营养成分快速测定装置，由光强度控制器7、光源1、聚焦凹面镜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对称的位于聚焦凹面镜2前端的中心轴线的两侧；聚焦凹面镜2的后端与光信号数据处理系统5之间的光路上依次分布有光纤探头8、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、

光信号8LMNDYSR通过ADC0809的八路模拟输入端IN0-IN7输入；89C51的WR、P2.7、RD来通过或非门后分别与ADC0809的START、ALE、OE端口连接；89C51的ALE与双D触发器74LS74的CK端连接，双D触发器74LS74的输出端Q与ADC0809的CLK端连接；ADC0809的D0～D7端口与89C51的P0.0～P0.7端口连接；89C51的P0.0～P0.7端口与74L373八D触发器连接，74L373的A0、A1、A2端口与ADC0809的A、B、C端口连接，89C51的P2.6端口与LCDMK的RS端口连接、89C51的WR端与LCDMK的R/W端连接、89C51的WR、RD、P2.7端还共同通过与非门、反相器通过与LCDMK的E端连接；89C51的P1.0-P1.7端与LCDMK的DB0～DB7端连接。

按钮S2、S3、S4的右端分别与89C51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连；89C51的P1.0的端口经MC3041与负载FZ2连接；P1.1的端口经MC3041与负载FZ1连接；89C51的P1.2、P1.3端口还通过两个反相器与LED2(Y)、LED3(R)连接。

89C51的P3.2通过电阻R₃与LED1连接，LED1与Vcc连接，P1.7、P1.6还分别通过电阻R₄、R₅与Vcc连接。

LCDMK的V_ss为接地脚；V_dd为电源正脚；Vlcd为液晶驱动电压脚；RS为寄存器选择脚；R/W为读/写端脚；E为使能端脚；对应的DB0～DB7是8位数据线脚。

其余同实施例1。

实施例3、

光信号8LMNDYSR通过ADC0809的八路模拟输入端IN0-IN7输入；89C51的WR、P2.7、RD来的信号通过或非门后输出，并进入到ADC0809的START、ALE、OE端口来控制ADC0809的模/数转换；89C51的ALE信号进入并控制双D触发器74LS74的CK端再由双D触发器74LS74的输出端Q输出外部时钟信号给ADC0809的CLK端作为工作时钟信号；ADC0809的8位数字信号经D0～D7端口输出后到89C51的P0.0～P0.7端口并进入89C51内部，经过89C51内部ROM的程序指令使之实现信号锁定、显示；89C51也通过P0.0～P0.7口发出命令并经74L373八D触发器的A0、A1、A2端口输出到ADC0809的A、B、C端口进入到ADC0809内部，使之实现对八路模拟信号的轮换导通输入的控制；如当某一路水果的光测试信号到来时，通过ADC0809的八路模拟输入端IN0-IN7输入的某一对应端口输入，然后由89C51的P2.6输出到LCD模块显示LCDMK的RS端进入、89C51的WR端输出到LCD模块显示LCDMK的R/W端进入、89C51的WR、RD、P2.7共同作用到与非门、反相器后进入LCD模块显示LCDMK的E端进入；89C51的P1.0-P1.7端输出到LCD模块显示LCDMK的DB0～DB7端进入LCD显示模块，后显示出结果，LCD挂接在89C51的总线上，通过对数据总线的读写实现对LCD的控制。

在水果的光测试准备阶段，操作员按复位键，具体在89C51的9脚端，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ADC0809的IN0-IN7时，然后由89C51的P2.6、WR、RD、P2.7、P1.0-P1.7输出，经过LCD模块显示水果的光测试结果；89C51的P1.0～P1.7脚输出数据和液晶模块的DB0～DB7相连，传递显示某种符号的信息；89C51的P2.6端口是地址及通用I/O口的通道之一，它与液晶模块的RS相连，起到选择REM还是ROM的效果。89C51的WR端口直接和液晶模块的R/W相连，同时89C51的WR、RD、P2.7端口通过两个与非门及一个反相器再与液晶模块的E相连，起到对液晶模块的使能作用。

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89C51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连；89C51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MC3041的输入，经MC3041放大后再驱动负载FZ2；P1.1的输出端口接MC3041的输入，经MC3041放大后再驱动负载FZ1；89C51的P1.2、P1.3输出端口通过两个反相器分别驱动LED2(Y)、LED3(R)；LED2(Y)、LED3(R)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。

P0.0-P0.7作为89C51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89C51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89C51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。ALE为89C51输出的连接端口，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F_OSC的1/6。当P1.0-P1.7作为89C51的输出口使用时，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89C51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89C51的串行输入口，TXD是89C51的串行输出口。

WR是89C51的外部数据存储器写选通输出口，RD是89C51的外部数据存储器读选通输出口。

ADC0809共有28只脚，8路模拟信号输入脚为IN0、IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6、IN7；8路数字信号输出端为D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；A、B、C、ALE端口它们组成8路模拟信号通道的切换功能，ALE为地址锁存允许，C、B、A＝000～111分别对应IN0～IN7通道的切换；VR(+)为基准电压端，一般为+5V；VR(-)为基准电压端，一般为0V；OE为输出允许端；START为启动A/D转换信号输入端，当START为1时，A/D转换开始；EOC为A/D转换信号的结束端，当A/D转换信号的结束后，发出一个正脉冲，表示A/D转换信号的结束；CLK为时钟信号输入端。

液晶显示模块的引脚说明：V_ss为接地脚；V_dd为电源正脚，5V±％；Vlcd为液晶驱动电压脚；RS为寄存器选择脚，为1时数据寄存器，为0时命令寄存器；R/W为读/写端脚，1为读，0为写；E为使能端脚，下降沿触发；对应的DB0～DB7，是8位数据线脚，起到数据传输的作用。

其余同实施例1。

Claims (1)

1、一种透射式水果营养成分测定装置，包括光强度控制器(7)、光源(1)、聚焦凹面镜(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)；光强度控制器(7)与光源(1)连接，光源(1)对称的位于聚焦凹面镜(2)前端的中心轴线的两侧；聚焦凹面镜(2)的后端与光信号数据处理系统(5)之间的光路上依次分布有光纤探头(8)、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(6)之间的电路连接如下：

光信号8LMNDYSR通过ADC0809的八路模拟输入端IN0-IN7输入；89C51的WR、P2.7、RD通过或非门后分别与ADC0809的START、ALE、OE端口连接；89C51的ALE与双D触发器74LS74的CK端连接，双D触发器74LS74的输出端Q与ADC0809的CLK端连接；ADC0809的D0～D7端口与89C51的P0.0～P0.7端口连接；89C51的P0.0～P0.7端口与74L373八D触发器连接，74L373的A0、A1、A2端口与ADC0809的A、B、C端口连接，89C51的P2.6端口与LCDMK的RS端口连接、89C51的WR端与LCDMK的R/W端连接、89C51的WR、RD、P2.7端还共同通过与非门、反相器通过与LCDMK的E端连接；89C51的P1.0-P1.7端与LCDMK的DB0～DB7端连接；

按钮S2、S3、S4的右端分别与89C51的P3.2、P1.7、P1.6端口相连；89C51的P1.0的端口经MC3041与负载FZ2连接；P1.1的端口经MC3041与负载FZ1连接；89C51的P1.2、P1.3端口还通过两个反相器与LED2(Y)、LED3(R)连接。89C51的P3.2通过电阻R₃与LED1连接，LED1与Vcc连接，P1.7、P1.6还分别通过电阻R₄、R₅与Vcc连接；

LCDMK的V_SS为接地脚；V_dd为电源正脚；Vlcd为液晶驱动电压脚；RS为寄存器选择脚；R/W为读/写端脚；E为使能端脚；对应的DB0～DB7是8位数据线脚。

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