CN203310800U

CN203310800U - 一种青霉素检测装置

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Publication number: CN203310800U
Application number: CN2013203362931U
Authority: CN
Inventors: 韩庆影
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-06-10

Abstract

本实用新型是有关于一种青霉素检测装置，包括电源、生物传感器、调理电路、A/D转换器和单片机，其中：生物传感器，用于采集青霉素的浓度信息，并将该青霉素浓度信息转化为调理电路可接受的信号；调理电路，用于将生物传感器采集的信号转化为电流信号及电压信号，并进行滤波处理；A/D转换器，用于将上述模拟信号转化到数字信号，并将信号传输给单片机。本实用新型青霉素检测装置开检测速度快，仅需2-3分钟即可检测出青霉素的浓度；操作简单。

Description

一种青霉素检测装置

技术领域

本实用新型涉及抗生素检测技术领域，特别是涉及一种青霉素检测装置。

背景技术

目前，抗生素残留检测的方法大致可以分为三类：微生物检测法；理化检测法；免疫法。

其中，微生物检测法是应用较广泛的方法，其测定原理是根据抗生素对微生物的生理机能、代谢的抑制作用,来定性或定量确定样品中抗微生物药物残留，如纸片法（PD）、TTC 法等。采用传统的微生物检测方法，缺点是：1、时间长；2、显色状态判断通过肉眼辨别，易产生误差，对微红色者无法做出准确判断；3、操作复杂。优点是费用低，一般实验室都能操作。我国检测消毒牛奶中抗生素残留的标准方法是 TTC 法。TTC 是氯化三苯基四氮唑，若牛乳中有抗生素存在，加入乳中的菌种经培养不能增殖，此时加入的 TTC 指示剂不发生还原反应，故仍呈无色状态；若没有抗生素存在，则加入菌种即行增殖，TTC 还原成红色，使样品变成红色。即牛乳的颜色不变为阳性，染成红色为阴性。这也是一种为微生物检测法。由于微生物法是靠察看微生物的生长情况来检测，因此检测周期长，而且特异性不够或者不能检测出所有的青霉素族，只能测出抗生素的存在与否而不能定性测出存在的抗生素的种类。

理化检测方法是利用抗生素分子中的基团所具有的特殊反应或性质来测定其含量，如高效液相色谱法、气相色谱法、质谱法、联用技术等等。这些方法能对抗生素进行定性、定量和药物鉴定，敏感性较高，但有的检测程序较复杂，有的检测费用较高，还需要大量复杂的预处理，熟练的技术人员及胶厂的分析周期，而且只能用于单个样本的检测，因而不常用。

免疫法，目前药物残留免疫分析技术主要分为两大类：一为相对独立的分析方法，即免疫测定法，如 RIA、ELISA、固相免疫传感器等；二是将免疫分析技术与常规理化分析技术联用，如利用免疫分析的高选择性作为理化测定技术中的净化手段，典型的方式为免疫亲合色谱。与常规的理化分析技术相比，免疫分析技术最突出的优点是操作简单，速度快。目前大部分抗生素已经建立了免疫测定法，如磺胺二甲基嘧啶、氯霉素、链霉素、四环素、莫能菌素等。免疫分析能与其他技术联用。在联用方法中，免疫分析技术既可作为 HPLC 或 GC 等测定技术的样品净化或分离手段，也可作为其离线或在线检测方法，这些方法结合了免疫分析的选择性、灵敏度与 HPLC、GC 等技术的高速、高效分离和准确检测能力，使分析过程简化、分析成本下降，拓展了待测物范围。ELISA试剂盒是目前奶牛场和牛奶公司使用最广泛、快速、灵敏的检测抗生素残留的方法。各类抗生素试剂盒为国外生产，这使得国内的奶及奶制品公司花费较大。如德国拜发公司生产的抗生素检测试剂盒，一个 96 次检测试剂盒要花3800 元，每个样品的检测要花 30～50 元。对一家中小型奶制品企业而言，每年在抗生素等药物的检测上要花费 20 多万元以上。

综上所述，随着广大消费者对无抗需求呼声不断提高,研制准确、快速、成本低廉,适合我国国情的抗生素残留检测方法已成为迫切的课题。

目前检测抗生素的方法和手段，仍然存在着很多缺陷，需要对这些方法和手段进行改进，开发一种检测速度快、操作简单、成本低的优点、测量范围广，能进入生物体内进行检测的青霉素检测装置，是我们目前面临的重要课题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种青霉素检测装置，使其检测速度快、操作简单、成本低、测量范围广，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型一种青霉素检测装置，包括电源、生物传感器、调理电路、A/D转换器和单片机，其中：生物传感器，用于采集青霉素的浓度信息，并将该青霉素浓度信息转化为调理电路可接受的信号；调理电路，用于将生物传感器采集的信号转化为电流信号及电压信号，并进行滤波处理；A/D转换器，用于将上述模拟信号转化到数字信号，并将信号传输给单片机；单片机，用于信号数据的运算、处理，完成青霉素浓度的计算以及数据结果的输出；调理电路的输入端与生物传感器电连接，输出端与A/D转换器电连接，单片机分别与电源和A/D转换器电连接。

进一步的，所述生物传感器采用ISFET 生物传感器。

所述信号调理电路包括测量放大器、滤波电路和信号采样保持电路；滤波电路，用于选出有用的频率信号，抑制杂散的无用频率信号，使一定频率范围内的信号通过；信号采样电路，用于采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化，而在保持状态，能使其输出值保持不变；滤波电路输入端与测量放大器电连接，输出端与信号采样保持电路电连接。

所述测量放大器采用精密仪表放大器AD524 。

所述单片机采用MSP430 单片机。

还包括RS232串行通信接口、显示装置和JTAG接口，其中：

所述单片机通过RS232串行通信接口连接上位机；所述显示装置与单片机连接；所述JTAG接口与单片机连接。

所述的显示装置采用液晶显示器。

采用以上设计后，本实用新型与现有技术比较有以下优点：

1、本实用新型青霉素检测装置开检测速度快，仅需 2-3 分钟即可检测出青霉素的浓度；操作简单；

2、本实用新型青霉素检测装置成本低，ISFET 又具有宽广的离子测量范围，易于在一块微小的芯片上集成上百个，且能进入生物体内进行检测的特点。因此在环境保护、化工、矿山、地质、土壤、水文、军事以及家庭生活中都有应用，尤其是其微型化的特点，使之在生物医学领域中不仅应用范围日益广泛，而且具有更强的生命力。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型青霉素检测装置的组成示意图。

图2是本实用新型的生物传感器读取信号电路的电流法原理图。

图3是本实用新型的测量放大电路原理图。

图4是本实用新型的采样保持器电路原理图。

图5是本实用新型的单片机MSP430F149的结构图。

图6是本实用新型的串口通信电路图。

图7是本实用新型青霉素检测装置的电路原理图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型一种青霉素检测装置，包括电源、生物传感器、调理电路、A/D转换器和单片机，其中：生物传感器，用于采集青霉素的浓度信息，并将该青霉素浓度信息转化为调理电路可接受的信号；调理电路，用于将生物传感器采集的信号转化为电流信号及电压信号，并进行滤波处理；A/D转换器，用于将上述模拟信号转化到数字信号，并将信号传输给单片机；单片机，用于信号数据的运算、处理，完成青霉素浓度的计算以及数据结果的输出；调理电路的输入端与生物传感器电连接，输出端与A/D转换器电连接，单片机分别与电源和A/D转换器电连接。此外，本实用新型还包括RS232串行通信接口、显示装置和JTAG接口，其中：单片机通过RS232串行通信接口连接上位机；显示装置与单片机连接；JTAG接口与单片机连接。

青霉素-ISFET 生物传感器信号调理电路首先把非电量（青霉素浓度）转换为电流信号，通过 I/V 变换转换成电压信号后进行放大、滤波后供给数字信号处理模块进行运算、处理，完成浓度的计算、显示输出、与上位机通讯等功能。

请参阅图2所示，生物传感器信号读取电路ISFET 测量离子活度采用电流法，该法的优点是电路简单、线性及重复性好，并且不易损坏 ISFET 器件。

请参阅图3所示，测量放大器采用工作点处性能相同的 ISFET 器件和 REFET 器件做差分测量输出，使器件的时漂、温漂等得到了部分的补偿，提高了测量的精度。

滤波电路选出有用的频率信号，抑制杂散的无用频率信号，使一定频率范围内的信号通过，衰减很少(使用有源滤波器还可使信号放大)，而在此频率范围外的信号衰减很大，从而提高系统的信噪比。

信号采样保持数字信号具有抗干扰能力强，易于被计算机处理等优点，所以在测量系统中，我们通常是把模拟信号转换为数字信号加以处理。

在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即 A/D 转换器的孔径时间。当输入信号频率较高时，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差，要防止这种误差的产生，必须在 A/D 转换开始时将信号电平保持住，而在 A/D 转换结束后又能跟踪输入信号的变化，即对输入信号处于采样状态。能完成这一功能的电路就是我们通常所说的采样/保持电路。实际上，采样/保持就相当于一个“模拟信号存储器”。在模拟信号输入通道中，是否需要加采样/保持器，取决于模拟信号的变化频率和 A/D 转换的孔径时间，对快速变化的信号，当最大孔径时间误差超过允许值时，必须在 A/D 转换器前加采样/保持器，但如果采集的是缓变信号，此时就可以不加采样/保持电路。在电路设计过程中，要根据实际需要，来决定是否加采样/保持电路。采样保持器的作用是：在采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化，而在保持状态，能使其输出值保持不变。

A/D 转换在应用单片机、DSP 的智能化仪表中，我们通常是将采集到的模拟信号转换为数字信号，再输入到单片机或 DSP 中进行处理。然后再将结果的数字量形式经 D/A 变换器转换成模拟量输出，实现对被控对象-过程或仪器、仪表、机电设备、装置的控制。实现模拟量变换成数字量的设备称为模数转换器(ADC)，简称 A/D。

MSP430 单片机概述青霉素-ISFET 生物传感器信号处理电路是以微控制器为核心的，本实用新型采用的微控制器芯片是 MSP430F149，属于 TI 公司出品的 MSP430 系列单片机，是一种具有超低功耗特性的功能强大的单片机。

RS-232 串口通信RS-232 是一种串行异步通信标准，也是目前最常用的一种串行通讯接口。RS-232 是 1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调厂家以及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准，该标准规定采用一个 25 脚的连接器来连接数据终端和通信设备，连接器每个引脚信号内部都有定义，还对信号的电平加以规定。随着设备的不断改进，25 脚的连接器逐渐被 9 脚的连接器代替，因此现在都把RS-232 称为 DB9。

请参阅图7所示，应用原理图设计软件 Protel99 进行设计得到电路原理图，根据生物传感器测量、显示电路的设计要求和已有的各单元电路设计，得到总体电路的设计方案。生物传感器输入信号采用 ISFET 和 REFET差分输入的形式，可以有效的抑制温漂和共模干扰。传感器输出信号经过放大、滤波及 A/D 转换一系列处理之后输入单片机 MSP430F149 进行运算处理，最后由液晶显示 LM12864FBC 显示出青霉素浓度值。MSP430F149 具有JTAG 接口，可以很容易的进行仿真调试。通过 RS-232 接口还可以很方便地进行人机对话。

本实用新型的硬件电路集成生物传感器信号处理以单片机 MSP430F149 为核心，根据 ISFET 测量的信号，通过调理电路，A/D 转换器，送入单片机中进行加工处理、计算分析等一系列工作之后，将青霉素浓度值显示出来。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种青霉素检测装置，其特征在于包括电源、生物传感器、调理电路、A/D转换器和单片机，其中：

生物传感器，用于采集青霉素的浓度信息，并将该青霉素浓度信息转化为调理电路可接受的信号；

调理电路，用于将生物传感器采集的信号转化为电流信号及电压信号，并进行滤波处理；

A/D转换器，用于将上述模拟信号转化到数字信号，并将信号传输给单片机；

单片机，用于信号数据的运算、处理，完成青霉素浓度的计算以及数据结果的输出；

调理电路的输入端与生物传感器电连接，输出端与A/D转换器电连接，单片机分别与电源和A/D转换器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种青霉素检测装置，其特征在于：

所述生物传感器采用ISFET 生物传感器。

3.根据权利要求1所述的一种青霉素检测装置，其特征在于：

所述信号调理电路包括测量放大器、滤波电路和信号采样保持电路；

滤波电路，用于选出有用的频率信号，抑制杂散的无用频率信号，使一定频率范围内的信号通过；

信号采样电路，用于采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化，而在保持状态，能使其输出值保持不变；

滤波电路输入端与测量放大器电连接，输出端与信号采样保持电路电连接。

4.根据权利要求3所述的一种青霉素检测装置，其特征在于：

所述测量放大器采用精密仪表放大器AD524 。

5.根据权利要求1所述的一种青霉素检测装置，其特征在于：

所述单片机采用MSP430 单片机。

6.根据权利要求1所述的一种青霉素检测装置，其特征在于还包括RS232串行通信接口、显示装置和JTAG接口，其中：

所述单片机通过RS232串行通信接口连接上位机；

所述显示装置与单片机连接；

所述JTAG接口与单片机连接。

7.根据权利要求6所述的一种青霉素检测装置，其特征在于：

所述的显示装置采用液晶显示器。