CN106645766B - 牛肉味觉品质智能测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一个牛肉味觉品质智能检测系统，该检测系统克服了现有检测方法存在的操作复杂、成本高、处理时间长等缺点。该检测系统包括牛肉味觉品质自动检测装置、PLC控制系统、数据采集及分析系统及驱动系统四部份，牛肉味觉品质自动检测装置由外箱体、传感器阵列承载机构、线性滚珠导轨滑台、样品水平移动台及定位系统组成；PLC控制系统由PLC控制器、第一继电器、第二继电器及开关电源组成；数据采集及分析系统由传感器阵列及数据采集卡组成；驱动系统由第一步进电机、第二步进电机、第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、电动推杆、行星减速器及上位机组成。本发明利用PLC技术作为系统的控制核心来完成牛肉味觉品质等级的自动检测，操作方便，运行快捷，节约检测时间，减少经济投入与人力劳动。

Description

牛肉味觉品质智能测控系统

技术领域

本发明属于肉类样品品质检测技术领域，尤其涉及牛肉味觉品质智能测控系统。

背景技术

牛肉中含有丰富的蛋白质，其含量高，所以味道鲜美，人们非常喜爱，享有“肉中骄子”的美称。牛肉的味觉品质是人们关注的热点，牛肉产业的迅速崛起，使得牛肉味觉品质的研究不仅具有重要的科研价值，更具有重要的商业价值。目前，国内外对牛肉味觉的检测方法有：(1)仪器分析技术(色谱法、光谱法、毛细管电泳等)，一般采用的设备都较昂贵并且仪器结构复杂，操作步骤繁琐，最重要的是周期长，无法快速获得结果。如色谱法检测得到的结果与人的感官感受如酸、苦、甜、辣等之间存在很大距离，并且只能得到被测样品某种或某几种成分的定性定量结果；(2)电子舌检测技术，电子舌是一种基于生物味觉模式，由交互敏感传感器阵列、信号调整电路以及模式识别算法构成的模拟哺乳动物味觉系统的智能分析仪器，由于电子舌使用的是化学传感器，这就使其成本变高，不能广泛使用，另外选择性、灵敏性及响应速度都较低；(3)仿生细胞传感器，该传感器是通过模拟生物味觉系统为基础而建立的。其利用生物体的活性材料作为感知元件，来达到与生物体的味觉系统相似的检测程度，因此仿生味觉传感器具有灵敏度高、检测限低、选择性好等优点。仿生味觉传感器主要由生物活性材料与物理化学探测器组成。味觉细胞、组织和生物分子是生物活性成分的主要来源，而这些活性成分在离体条件下易失活从而限制了仿生味觉传感器的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的操作复杂、检测成本高、处理时间长，不能很好的客观、快速检测牛肉味觉品质等缺点，研制一种可以实现自动检测牛肉味觉品质的智能测控系统。

本发明以PLC技术作为整个检测系统的控制核心，实现牛肉味觉品质自动检测，操作方便快捷。该检测系统利用传感器阵列采集数据，可以用于牛肉味觉品质的快速检测。

为解决现存的技术问题，本发明采用如下技术方案，结合附图说明如下：

牛肉味觉品质智能测控系统，包括牛肉味觉品质自动检测装置、PLC控制系统、数据采集及分析系统及驱动系统；

所述牛肉味觉品质自动检测装置由外箱体、传感器阵列承载机构、线性滚珠导轨滑台、样品水平移动台及定位系统组成；

所述PLC控制系统由PLC控制器、第一继电器、第二继电器及开关电源组成；

所述数据采集及分析系统由传感器阵列及数据采集卡组成；

所述驱动系统由第一步进电机、第二步进电机、第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、电动推杆、行星减速器及上位机组成；

所述线性滚珠导轨滑台通过水平支撑台固定在距离底座上方，所述样品水平移动台通过卡扣、螺钉G固定在线性滚珠导轨滑台上；所述第二步进电机通过螺钉H固定在线性滚珠导轨滑台上，在第二步进电机驱动下能带动样品水平移动台实现水平方向地移动；

所述电动推杆通过螺钉A固定在外箱体的底座上；

所述传感器阵列承载机构与行星减速器相连，行星减速器再与第一步进电机连接，通过脉冲信号控制实现旋转运动；

所述传感器阵列承载机构位于线性滚珠导轨滑台上方，通过直脚支架固定在垂直支撑柱上，并与行星减速器通过螺钉D相连；

所述传感器阵列安放在传感器阵列承载机构上，并与数据采集卡通过集线器、USB接口连接；

所述上位机与数据采集卡通过USB接口连接；

所述定位系统由第一定位传感器、第二定位传感器、第一定位感应片、第二定位感应片组成；第一定位感应片粘贴在感器阵列承载机构下平面，第一定位传感器通过第一定位传感器支架和螺钉G固定在垂直支撑柱的一侧，第二定位感应片粘贴在样品水平移动台下平面，第二定位传感器通过第二定位传感器支架和螺钉I固定在水平支撑台。

进一步地，所述的外箱体由玻璃板及支架组成。

进一步地，所述的第一步进电机与第一步进电机驱动器连接，用于控制传感器阵列承载机构的转动；所述的第二步进电机与第二步进电机驱动器连接，用于控制线性滚珠导轨滑台的水平运动。

进一步地，所述的传感器阵列承载机构为一个圆盘，上面均匀设置有12个传感器安放孔，用于安装传感器阵列。

进一步地，所述的传感器阵列由12个离子电极和一个参比电极组成，离子电极安放在传感器阵列承载机构上，12个离子电极分别为钠离子电极、pH离子电极、钙离子电极、钾离子电极、铅离子电极、铜离子电极、银硫离子电极、碘离子电极、溴离子电极、氟离子电极、氯离子电极及硝酸根离子电极。

进一步地，所述的开关电源包括工作显示灯、设备开关、急停开关、复位按钮及启动按钮。

进一步地，技术方案中所述上位机通过ISPSoft2.06编程设置控制检测系统的命令：开始和停止、顺时针旋转和逆时针旋转、运动周期数、传感器阵列承载机构转动距离微调、样品水平移动台运行距离微调；

所述PLC控制系统负责接收并向上位机发送指令及数据，通过PLC的软件编程输出控制第一步进电机驱动器或第二步进电机驱动器的脉冲信号，使第一步进电机、第二步进电机运转，从而实现对牛肉味觉品质自动检测装置控制。

本发明与现有技术相比，其有益技术效果是：

1.本发明所述的牛肉味觉品质检测智能测控系统能全面、综合地检测评价牛肉味觉品质。

2.本发明所述的牛肉味觉品质检测智能测控系统可以提供一种快速、客观的牛肉味觉品质检测方法。

3.该装置操作简便、运行快捷、可连续运行、具有较强的稳定性、实用性。

4.通过进一步的研究开发可以运用到更多种类的液体样品检测，局限性小。

附图说明

图1为本发明所述的牛肉味觉品质自动测控系统的主视图；

图2为本发明所述的牛肉味觉品质自动测控系统的左视图；

图3为本发明所述的传感器阵列承载机构的俯视图；

图4为本发明所述的样品水平移动台的主视图；

图5a为本发明所述的传感器阵列承载机构与行星减速器、第一步进电机连接的局部放大图；

图5b为本发明所述的第一定位传感器对传感器阵列承载机构转动角度的定位示意图；

图5c为本发明所述的第二定位传感器对样品水平移动台的移动距离定位的示意图。

图中：1.底座，2.螺钉，3.电动推杆底座，4.电动推杆，5.外箱体，6.水平支撑台，7.螺钉A，8.线性滚珠导轨滑台，9.第一步进电机,10.垂直支撑柱，11.螺钉B，12.行星减速器，13.螺钉C，14.传感器安放孔，15.传感器阵列承载机构，16.螺钉D，17.直角支架，18.第一定位感应片,19.第一定位传感器,20.工作显示灯，21.螺钉E，22.第一定位传感器支架，23.设备开关，24.螺钉F，25.卡扣，26.第二定位感应片,27.样品水平移动台，28.急停开关，29.第二定位传感器，30.第二步进电机,31.螺钉G，32.螺钉H，33.复位按钮，34.启动按钮，35.第二定位传感器支架

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

实施例1

牛肉味觉品质智能测控系统，包括牛肉味觉品质自动检测装置、PLC控制系统、数据采集及分析系统及驱动系统；

一、牛肉味觉品质自动检测装置

所述牛肉味觉品质自动检测装置由外箱体、传感器阵列承载机构、线性滚珠导轨滑台、样品水平移动台及定位系统组成。

外箱体主要由玻璃板及支架组成(长*宽*高：950*700*800mm)；

传感器阵列承载机构直径480mm，通过直脚支架固定在垂直支撑柱上；

线性滚珠导轨滑台通过螺钉固定在水平支撑柱上；

样品水平移动台通过卡扣、螺钉G固定在线性滚珠导轨滑台上；

所述定位系统由第一定位传感器、第二定位传感器、第一定位感应片、第二定位感应片组成；第一定位感应片粘贴在感器阵列承载机构下平面，第一定位传感器通过第一定位传感器支架和螺钉G固定在垂直支撑柱的一侧，第二定位感应片粘贴在样品水平移动台下平面，第二定位传感器通过第二定位传感器支架和螺钉I固定在水平支撑台；

二、PLC控制系统

所述PLC控制系统由PLC控制器、第一继电器、第二继电器、开关电源组成，PLC控制器、第一继电器、第二继电器与开关电源相连以提供电力资源，PLC控制器分别与第一继电器、第二继电器相连，利用继电器起到对电路自动调节、安全保护的作用。

所述的开关电源包括工作显示灯、设备开关、急停开关、复位按钮及启动按钮。

三、数据采集及分析系统

数据采集与数据分析系统由传感器阵列及数据采集卡组成。

传感器阵列型号为上海雷磁钠离子电极、pH离子电极、钙离子电极、钾离子电极、铅离子电极、铜离子电极、银硫离子电极、碘离子电极、溴离子电极、氟离子电极、氯离子电极及硝酸根离子电极。

数据采集卡型号为北京启创电子MPS110001型号，本发明中采用三个数据采集卡以满足检测需求。数据采集卡与传感器阵列通过同心轴接线连接，与上位机通过USB借口相连。

四、驱动系统

驱动系统结构由第一步进电机、第二步进电机、第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、电动推杆、行星减速器及上位机组成。

(1)第一步进电机与第二步进电机均为57HBP56AL4-TF1两相步进电机；第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器均为57/86步进电机驱动器ZD-2HD542DM542；

第一步进电机与第一步进电机驱动器连接，用于控制传感器阵列承载机构的转动；

第一步进电机与行星减速器连接，用于调节转动速度；

第二步进电机与第二步进电机驱动器连接，用于控制线性滚珠导轨滑台的水平运动；

第二步进电机驱动器与第二步进电机连接时，第二步进电机4条输入线分别接在第二步进电机驱动器的脉冲信号发射器的A+、A-、B+、B-的输出接口处。

(2)电动推杆通过螺钉固定在箱体底座上，通过脉冲信号控制其上下运动，从而使检测样品可以实现垂直方向的运动以完成检测；

(3)上位机系统可以通过程序的编写向PLC控制器发出指令，从而控制系统运行。

五、上位机的运行方式

上位机通过ISPSoft2.06编程设置控制检测系统的命令：开始和停止、顺时针旋转和逆时针旋转、运动周期数、传感器阵列承载机构转动距离微调、样品水平移动台运行距离微调。

六、运行自动检测装置

在机器工作前，将待测牛肉样品按照标准制成牛肉汁并放入相应检测器皿中。

首先将活化好的12个传感器安装到传感器阵列承载机构，然后在样品水平移动台上放入3个烧杯从左至右编号1-3，之后在控制面板上设定好程序及相关参数并按启动键，则机器进入启动状态，系统开始进行初始化，初始化完成后通过上位机人机交互界面控制机器开始正式工作，具体工作流程为：

1)样品水平移动台在电动推杆的带动下逐渐上升至检测高度使1号传感器浸入1号烧杯(稳定液)中一定深度，电极浸没深度为10mm；

2)传感器在稳定液中测定直至数据稳定；

3)样品水平移动台在电动推杆带动下下降至原位；

4)线性滚珠导轨滑台带动样品水平移动台向左移动使2号烧杯与1号传感器对齐，然后在电动推杆带动下上升至检测高度使1号传感器浸入2号烧杯(样品液)中一定深度完成检测(电极浸没深度为10mm)；

5)检测后样品承载台在电动推杆带动下下降至原位；

6)线性滚珠导轨滑台带动样品承载台向左移动使3号烧杯与1号传感器对齐，然后在电动推杆带动下上升至检测高度使1号传感器浸入3号烧杯(冲洗液)中一定深度完成电机清洗；

7)电机清洗后，样品承载台在电动推杆带动下下降至原位，线性滚珠导轨滑台带动样品承载台向右移动至初始位置；

8)传感器阵列承载机构在步进电机带动下旋转36°转到2号传感器；

9)重复1)-7)检测过程，完成检测后，传感器阵列承载机构继续旋转至3号传感器完成检测，以此类推直到12号传感器完成检测；

10)检测结束。

七、采集数据

采用支持向量机技术对数据进行分析处理并构建预测模型。建立所述的支持向量机分析模型，从市场上购得大量的牛肉样本，将每一个牛肉样本分为相同的两部分，一个用现有常规的牛肉味觉品质等级检测方法对给牛肉样本进行检测，获得较高准确度的味觉品质等级称为标准值；将该牛肉样本另一块用于自动检测装置检测牛肉味觉品质，即根据传感器阵列相应信号获取不同的电压值，通过对电压值的融合分析处理得出一定范围内电压值与牛肉味觉品质等级的对应关系。根据大量的检测牛肉味觉实验数据，可得到不同牛肉味觉品质等级对应的电压值范围，利用这些数据完成支持向量机分析模型的训练(训练集：电压值范围与标准值对应)，然后再用大量数据进行预测验证(预测集：用电压值范围预测味觉品质等级)，从而得出不同电压值范围对应的牛肉味觉品质等级，再将该等级结果与标准值对比，得出准确率，准确率达到90％以上，证明该牛肉味觉品质智能测控系统适用于牛肉味觉品质等级检测。

Claims (5)

1.牛肉味觉品质智能测控系统，其特征在于，包括牛肉味觉品质自动检测装置、PLC控制系统、数据采集及分析系统及驱动系统；

所述牛肉味觉品质自动检测装置由外箱体、传感器阵列承载机构、线性滚珠导轨滑台、样品水平移动台及定位系统组成；

所述PLC控制系统由PLC控制器、第一继电器、第二继电器及开关电源组成；

所述数据采集及分析系统由传感器阵列及数据采集卡组成；

所述驱动系统由第一步进电机、第二步进电机、第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、电动推杆、行星减速器及上位机组成；

所述线性滚珠导轨滑台通过水平支撑台固定在底座上方，所述样品水平移动台通过卡扣、螺钉G固定在线性滚珠导轨滑台上；所述第二步进电机通过螺钉H固定在线性滚珠导轨滑台上，在第二步进电机驱动下能带动样品水平移动台实现水平方向地移动；

所述电动推杆通过螺钉A固定在外箱体的底座上；

所述传感器阵列承载机构与行星减速器相连，行星减速器再与第一步进电机连接，通过脉冲信号控制实现旋转运动；

所述传感器阵列承载机构位于线性滚珠导轨滑台上方，通过直角支架固定在垂直支撑柱上，并与行星减速器通过螺钉D相连；

所述传感器阵列安放在传感器阵列承载机构上，并与数据采集卡通过集线器、USB接口连接；

所述上位机与数据采集卡通过USB接口连接；

所述定位系统由第一定位传感器、第二定位传感器、第一定位感应片、第二定位感应片组成；第一定位感应片粘贴在感器阵列承载机构下平面，第一定位传感器通过第一定位传感器支架和螺钉G固定在垂直支撑柱的一侧，第二定位感应片粘贴在样品水平移动台下平面，第二定位传感器通过第二定位传感器支架和螺钉I固定在水平支撑台；

所述的传感器阵列承载机构为一个圆盘，上面均匀设置有12个传感器安放孔，用于安装传感器阵列；

所述的传感器阵列由12个离子电极和一个参比电极组成，离子电极安放在传感器阵列承载机构上；12个离子电极分别为钠离子电极、pH离子电极、钙离子电极、钾离子电极、铅离子电极、铜离子电极、银硫离子电极、碘离子电极、溴离子电极、氟离子电极、氯离子电极及硝酸根离子电极。

2.如权利要求1所述的牛肉味觉品质智能测控系统，其特征在于，所述的外箱体由玻璃板及支架组成。

3.如权利要求1所述的牛肉味觉品质智能测控系统，其特征在于，所述的第一步进电机与第一步进电机驱动器连接，用于控制传感器阵列承载机构的转动；所述的第二步进电机与第二步进电机驱动器连接，用于控制线性滚珠导轨滑台的水平运动。

4.如权利要求1所述的牛肉味觉品质智能测控系统，其特征在于，所述的开关电源包括工作显示灯、设备开关、急停开关、复位按钮及启动按钮。

5.如权利要求1所述的牛肉味觉品质智能测控系统，其特征在于，所述上位机通过ISPSoft2.06编程设置控制检测系统的命令：开始和停止、顺时针旋转和逆时针旋转、运动周期数、传感器阵列承载机构转动距离微调、样品水平移动台运行距离微调。