CN102221572B - 一种味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于检测味觉及其浓度的光寻址电位传感器检测装置。它由微控制系统、红外驱动电路、LED阵列、反应池、I/V转换电路、信号放大电路、滤波电路、锁相放大电路、AD采集电路、串口发射电路等部分构成。经过系统测试表明，该装置能够准确地检测出酸、甜、苦、咸、鲜五种常见的味觉，并能较好地区分同种味道下不同溶液的浓度。

Description

一种味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置
技术领域
本发明涉及一种味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，属于生物医学传感检测技术领域。
背景技术
味觉感知(电子舌)技术是20世纪80年代中期发展起来的一种分析、识别液体成分的智能仪器技术，它主要由传感器阵列、信号处理和模式识别系统组成。味觉传感器阵列的研究是推动电子舌技术发展的重要环节。至20世纪80年代以来，国内外研究者在味觉传感器的研究上做了大量的工作，也取了不少突破性的成果。传统中，味道主要依靠人的舌或鼻能来判断，但是人类的直接鉴别往往具有较大的主观性，且对于一些不能食用的东西更是无能为力。因此，采用科学有效的检测技术手段来评价味觉品质是必然的发展趋势。
另一方面，近年来的食品、药品质量安全日益引起大家关注，快速无损检测技术是目前食品、药品领域亟待解决的科学技术难题。以多传感器阵列为基础的味觉感知电子舌，由于对样品无需预处理，并且能够实现现场快速、实时检测，特别适合于食品和药品品质快速检测方面的应用。由此可看出，用于味觉感知方面的传感器在实际的应用中有着广泛的用途，已渐渐成为国际上竞争激烈的一个科学前沿。
发明内容
本发明提供一种用于检测味觉及其浓度的光寻址电位传感器检测装置，该装置能够准确地检测出酸、甜、苦、咸、鲜五种常见的味觉，并能较好地区分同种味道下不同溶液的浓度。
本发明所采用的技术方案为：包含以微控制系统为核心的控制电路及以反应池溶液中的光电流为检测目标的信号处理电路两大部分电路。具体的连接方式为：微控制器与红外驱动电路相连，红外驱动电路与LED阵列相连，工作过程为微控制器周期性地使能红外驱动电路进而周期性地点亮LED阵列；LED阵列的光线垂直照射反应池；反应池上下两端加有一定的偏压；反应池与I/V转换电路相连，实现的功能是将反应池中的光电流信号转化为电压信号；I/V转换电路与信号放大电路相连，以将经I/V转换后的信号放大到一定的大小便于进一步处理；信号放大电路与滤波电路相连，实现部分杂波的去除；滤波电路与锁相放大电路相连，实现有用信号的提取并将其进一步放大；锁相放大电路与AD采集电路相连，AD采集电路与微控制器相连，完成数据的接收；微控制器与串口发送电路相连，实现数据向PC机的传送。
本发明的工作的过程为：微控制器周期性地使能红处驱动电路进而周期性地点亮红外LED阵列，反应池经过红外LED照射后，会相应地产生光生电流；光生电流经过I/V转换后，输出与光电流变化一致的毫伏级的交流电压，再经过放大电路、滤波电路、锁相放大电路后，即可得到较为纯净的光生信号；最后，通过AD采集，完成信号的最终提取，并通过串口发送电路发送至PC机。
本发明的特色在于：
1、红处驱动信号由微控器直接产生，且驱动信号强弱、频率大小可调，便于实时控制和调节。
2、自行设计了锁相放大电路，简单可靠，且滤波性能异常出色，替代了传统中直接使用锁相放大仪的方法。
3、整个系统集成一体化、操作简单、成本低廉，能够准确地检测出酸、甜、苦、咸、鲜五种常见的味觉，并能较好地区分同种味道下不同溶液的浓度。
说明书附图
图1光寻址电位传感器功能结构框图
图2微控制系统电路图
图3红外驱动电路
图4LED阵列分布图
图5反应池示意图
图6I/V转换电路图
图7信号放大电路图
图8滤波电路图
图9锁相放大电路图
图10串口发送电路图
具体的实施过程
如图1所示的本光寻址电位传感器功能结构框图，包含以微控制器为核心的控制电路及以反应池溶液中的光电流为检测目标的信号处理电路两大部分电路。具体的连接方式为：微控制器与红外驱动电路相连，红外驱动电路与LED阵列相连，工作过程为微控制器周期性地使能红外驱动电路进而周期性地点亮LED阵列；LED阵列的光线垂直照射反应池；反应池上下两端加有一定的偏压；反应池与I/V(电流电压)转换电路相连，实现的功能是将反应池中的光电流信号转化为电压信号；I/V转换电路与信号放大电路相连，以将经I/V转换后的信号放大到一定的大小便于进一步处理；信号放大电路与滤波电路相连，实现部分杂波的去除；滤波电路与锁相放大电路相连，实现有用信号的提取并将其进一步放大；锁相放大电路与AD采集电路相连，AD采集电路与微控制器相连，完成数据的接收；微控制器与串口发送电路相连，实现数据向PC机的传送。
如图2所示的微控制系统电路图，包含有ATMEGA16微处理器及其外围电路，单片机具体型号为ATMEL公司生产的ATMEGA16或ATMETA32，其外围含有复位电路和ISP下载电路，其功能主要是负责红处驱动电路的控制及数据的采集与传送工作。
如图3所示的红外驱动电路，包含由三对三极管和分压电阻搭建的桥式驱动电路，每对三极管由1个NPN型和1个PNP型构成，所述NPN型的三极管为9013、9014、9018中的一种，PNP型的三极管为9012或9015。其工作的过程为：首先令PC5为低电平，PC6、PC7为高电平，DACA、DACC为低，DACB为高，在这种状态下，只有Q601，Q605两个三极管导通，其它全部截止，接在A、B两端的红外LED被点亮，控制PC5、PC6、PC7、DACA、DACB、DACC为其它工作状态，即可点其余4个LED，该红外驱动电路一共可点亮6个LED，在本系统中只需点亮5个。
如图4所示的LED阵列分布图，包含有5个红外LED组成的1*5型阵列，此5个LED被均匀地安装在反应池底部，每两个LED之间间距为2.4cm。
如图5所示的反应池示意图，反应池中盛有含有某种味道的溶液，上下两端加有一定的偏压。
如图6所示的I/V转换电路，采用的放大芯片的型号为AD8574，其正向端通过电位器输入一定的偏压，反向端输入光电流信号，经过1M的电阻，实现电流向电压的转换。
如图7所示的信号放大电路，包含有两级运放，前级运放放大方式为反向比例放大，放大的倍数范围在1～101倍内连续可调；后级运放放大方式为正向比例放大，放大的倍数范围也是在1～101倍内连续可调；两级运放使用的芯片型号为OP747。
如图8所示的所述的滤波电路图，包含有两个运放构成的双T型阻容有源陷波器，其陷波频率和品质因数由其外围的可调电阻确定；两运放使用的芯片型号为OP747。
如图9所示的锁相放大电路，包含有乘法电路、低通滤波电路、放大电路三个子功能电路，乘法电路使用的芯片型号为MTL04，低通滤波电路、放大电路共同使用的芯片型号都为AD8574，放大电路的输出接有一对续流二极管以防止过压。
如图10所示的串口发送电路，其功能是向PC机发送采集到的数据，其含有MAX232芯片构成的电平转换电路，其外围接有5个104电容，所用的外接接口为DB9接口。
综上，本发明提供一种用于检测味觉及其浓度的光寻址电位传感器检测装置，该装置的整个系统集成一体化、操作简单、成本低廉，其功能是准确地检测出酸、甜、苦、咸、鲜五种常见的味觉，同时区分同种味道下不同溶液的浓度，其应用的领域范围是生物医学味觉传感方面以及其它医药、食品、工业溶剂的味觉和浓度的检测方面。

Claims (8)

1.一种味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，包含有微控制系统、红外驱动电路、LED阵列、反应池、I/V转换电路、信号放大电路、滤波电路、锁相放大电路、AD采集电路、串口发射电路部分模块电路，其特征在于：微控制系统(1)与红外驱动电路(2)相连，红外驱动电路(2)与LED阵列(3)相连，工作过程为微控制系统(1)周期性地控制红外驱动电路(2)进而周期性地点亮LED阵列(3)；LED阵列(3)的光线垂直照射反应池(4)；反应池(4)上下两端加有一定的偏压；反应池(4)与I/V(电流电压)转换电路(5)相连，实现的功能是将反应池中的光电流信号转化为电压信号；I/V转换电路(5)与信号放大电路(6)相连，以将经I/V转换后的信号放大到一定的大小便于进一步处理；信号放大电路(6)与滤波电路(7)相连，实现部分杂波的去除；滤波电路(7)与锁相放大电路(8)相连，实现有用信号的提取并将其进一步放大；锁相放大电路(8)与AD采集电路(9)相连，AD采集电路(9)与微控制器(1)相连，完成数据的接收；微控制器(1)与串口发送电路(10)相连，实现数据向PC机的传送。
2.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，其特征在于：所述的红外驱动电路为由三对三极管和分压电阻搭建的桥式驱动电路；所述三对三极管，每对由1个NPN型和1个PNP型构成；其中NPN型的三极管为9013、9014、9018中的一种，PNP型的三极管为9012或9015。
3.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，其特征在于：所述的LED阵列(3)为5个红外LED组成的1*5型阵列，每两个LED之间间距为2.4cm。
4.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，其特征在于：所述的反应池(4)上下两端加有一定的偏压，光电流信号由插在水池溶液中的电极引出。
5.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，所述的I/V转换电路(5)采用的放大芯片的型号为AD8574，其特征在于：放大器的正向端通过电位器输入一定的偏压，反向端输入光电流信号，经过1M的电阻，实现电流向电压的转换。
6.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，其特征在于：所述的信号放大电路(6)由两级运放构成，前级运放放大方式为反向比例放大，放大的倍数范围在1～101倍内连续可调；后级运放放大方式为正向比例放大，放大的倍数范围也是在1～101倍内连续可调；两级运放使用的芯片型号为OP747。
7.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，所述的滤波电路(7)为由两个运放构成的双T型阻容有源陷波器，其特征在于：两运放使用的芯片型号为OP747，其陷波频率和品质因数由其外围的可调电阻确定。
8.根据权利要求1所述的味觉仿生感知光寻址电位传感器检测装置，其特征在于：所述的锁相放大电路(8)由乘法电路、低通滤波电路、放大电路三个子功能电路构成，乘法电路使用的芯片型号为MTL04，低通滤波电路、放大电路使用的芯片型号都为AD8574，放大电路的输出接有一对续流二极管以防止过压。
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