專利名稱：反射式水果糖酸度快速檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水果糖酸度檢測儀，尤其是一種反射式水果糖酸度快速檢測儀。
背景技術：
目前，水果糖酸度的檢測方法很多，最常見的蒽酮比色測定方法，通過對水果樣品進行研磨、搗碎處理，提取果汁進行測定，這顯然是一種有損檢測方法，這樣方法不僅制樣煩瑣、費時費力，而且檢測成本高、效率低。為了取得一種快速、簡便的快速檢測水果糖酸度的方法，國內外學者曾進行了一些相關研究高效液相色譜法由高效液相色譜儀對水果果汁樣品進行分析，分析前需花大量時間來做復雜的樣本前處理，此方法操作復雜，使用的儀器昂貴，檢測成本高，檢測時間長。
折光法使用手持式糖酸度計，應用水果果汁的折射率比例于濃度的原理進行檢測，這種方法雖然簡便，但也是一種有損檢測，且其檢測精度較低。
可見光測定法利用實驗室光譜儀將可見光照射在水果表面，并在照射部位對立面接受經內部組織吸收后的透射光線的一種方法。這種方法雖然是快速損檢測，但由于獲取到的光譜信息低，導致有效光譜信息提取困難，影響其檢測精度。
近紅外光測定法利用實驗室光譜儀將近紅外光照射在水果表面，通過測定經內部擴散之后由果實表面反射光線的一種方法。此方法先進行光譜微分、平滑等預處理，結合化學計量學方法建立數學模型，并用所建立的模型來預測被檢測水果的糖酸度。但此方法是基于實驗室光譜儀器，成本較高且不具有便攜性和操作簡易性。
發明內容
本發明的目的在于提供反射式水果糖酸度快速檢測儀。
本發明的技術方案為一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，由光強度控制器、光源、CCTV反射聚光鏡頭、光柵單色儀、光信號采集器、光信號數據處理系統和顯示器組成；其中光強度控制器與光源連接，光源對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭之間的光路反射線路的兩側；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭與光信號數據處理系統之間的光路上依次分布有光柵單色儀、光信號采集器；光信號采集器與光信號數據處理系統電路連接；光信號數據處理系統與顯示器電路連接。
本發明提供的反射式水果糖酸度快速檢測儀，光強控制器用于控制光源的發光強度，通過采集水果在400nm-1100nm波段范圍內的漫反射近紅外光譜，根據水果吸光度大小來計算并顯示出水果的糖酸度大小，從而實現簡便、快速的水果內部糖酸含量的定量化顯示。
光源射出的光線直接照射水果表面，經內部組織吸收后反射出來的光線經CCTV反射聚光鏡頭后被光柵單色儀分光后進入光信號采集器，光信號采集器可以是多通道CCD硅檢測器，例如通過R232通訊接口將信息傳給光信號數據處理系統中的數據采集系統，經過放大器、濾波和A/D轉換后送至微處理器，微處理器控制與3位LED共陽靜態顯示電路顯示輸出水果的糖酸度值大小。
微處理器中已載入預測模型程序，可對采集后的水果原始光譜進行水果糖酸度的快速定量顯示輸出。微處理器與3位LED共陽靜態顯示電路相連，測量的結果就可由3位LED共陽靜態顯示電路點亮數碼來分別表示糖酸度含量的高低。
本發明的有益效果是在水果的成熟過程中，隨著水果糖酸度的增加而變大，水果對近紅外光的吸收特征也會隨之變化，這就是本發明的理論依據。在350nm-1100nm近紅外波長范圍內，獲取水果的近紅外吸收光譜信息，通過微處理器所帶的數學建模程序進行計算分析，根據水果吸光度大小確定水果的糖酸度。
圖1為本發明的反射式水果糖酸度快速檢測儀簡易結構示意圖。
圖2為本發明的反射式水果糖酸度快速檢測儀電路部分的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，由光強度控制器7、光源1、CCTV反射聚光鏡頭2、光柵單色儀3、光信號采集器4、光信號數據處理系統5和顯示器6組成；其中光強度控制器7與光源1連接，光源1對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭2之間的光路反射線路的兩側；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭2與光信號數據處理系統5之間的光路上依次分布有光柵單色儀3、光信號采集器4；光信號采集器4與光信號數據處理系統5電路連接；光信號數據處理系統5與顯示器6電路連接。
實施例2、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其中光信號采集器4與光信號數據處理系統5之間；光信號數據處理系統5與顯示器之間的電路連接如下地址鎖存器DZSC輸出端A7通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同連接在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連；89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連；AD574的15腳是數字地DGND，AD574的9腳是模擬地AGND；AD574的7腳接VCC電源正+15V端，11腳VEE接電源負-15V端；光信號采集器(4)采集的光信號通過AD574的兩路模擬輸入端13腳的0～10V、14腳的0～20V端輸入，89S51的ALE端口與地址鎖存器DZSC相連，地址鎖存器DZSC輸出端A0、A1與AD574的4腳A0、3腳CS相連；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具體為AD574的8位數字信號經DB4-DB11，DB0-DB3端口輸出到89C51的P0.0～P0.7的輸入口；S1通過電阻R2與89S51的RST端相連；89S51的RXD端口與移位寄存器74LS164的輸入端口連接，89S51的P1.4、TXD的端口經過一個與門輸出與三個74LS164的控制端口CK連接；74LS164的輸出端口與LED模塊連接；按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連；89S51的P1.0的輸出端口通過ZLJDQJK與負載FZ2連接；P1.1的輸出端口通過JLJDQJK與負載FZ1連接；89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別與LED2(R)、LED3(Y)連接；89S51的P3.2通過電阻與LED1連接，LED1與Vcc連接，P1.7、P1.6還分別通過電阻與Vcc連接。
其余同實施例1。
實施例3、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其中光信號采集器4與光信號數據處理系統5之間；光信號數據處理系統5與顯示器之間的電路連接如下地址鎖存器DZSC輸出端A7通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同連接在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連；89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連供單片機訪問，以判斷A/D轉換是否結束；AD574的15腳是數字地DGND，AD574的9腳是模擬地AGND；AD574的7腳接VCC電源正+15V端，11腳VEE接電源負-15V端。
光信號采集器(4)采集的光信號通過AD574的兩路模擬輸入端13腳的0～10V、14腳的0～20V端輸入，來自WR、RD的信號通過或非門后輸出，并進入到AD574的CE、R/C；89S51來的P3.2的信號進入到AD574的STS端口來控制AD574的模/數轉換；89S51的ALE端口與地址鎖存器DZSC相連，地址鎖存器DZSC輸出端A0、A1與AD574的4腳A0、3腳CS相連；A0、A1的輸出給AD574的4腳A0、3腳CS相連，以實現A/D的全12位轉換，并將12位數據分2次送入數據總線；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具體為AD574的8位數字信號經DB4-DB11，DB0-DB3端口輸出到89C51的P0.0～P0.7的輸入口；經過89C51內部ROM的程序指令使之實現信號鎖定、顯示。
89S51也通過P0.0～P0.7口發出命令，并經地址鎖存器DZSC輸出端A7又通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同作用在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連。89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連供單片機訪問，以判斷A/D轉換是否結束。如當某一路水果的光測試信號到來時，通過AD574的模擬輸入端0-10V、020V輸入的某一對應端口輸入，然后由89S51的P3.2、WR、RD、RXD、TXD輸出，經過3連LED模塊顯示水果品質的好壞結果。
S1通過電阻R2與89S51的RST端相連；89S51的RXD端口與移位寄存器74LS164的輸入端口連接，89S51的P1.4、TXD的端口經過一個與門輸出與三個74LS164的控制端口CK連接；74LS164的輸出端口與LED模塊連接，并通過數碼顯示器顯示水果的光測試結果。
在水果的光測試準備階段，操作員按復位鍵S1，S1通過電阻R2與89S51的RST端相連，數顯為“0”態；水果的光測試開始后，當任一路水果的光測試信號到來時，模擬信號輸入到AD574的13腳的0-10V或14腳的0-20V輸入時，然后由89S51的內部轉換后再由89S51的RXD端口輸出到移位寄存器74LS164的輸入端口，并經過移位寄存器74LS164，而且同時89S51的P1.4、TXD的端口輸出經過一個與門輸出并作用到三個74LS164的控制端口CK；74LS164的輸出端口與LED模塊連接，并通過數碼顯示器顯示水果的光測試結果。
按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連；89S51的P1.0的輸出端口通過ZLJDQJK與負載FZ2連接；P1.1的輸出端口通過JLJDQJK與負載FZ1連接；89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別與LED2(R)、LED3(Y)連接；89S51的P3.2通過電阻與LED1連接，LED1與Vcc連接，P1.7、P1.6還分別通過電阻與Vcc連接。
按鈕S1是使系統起復位作用的；按鈕S2是起功能轉換的，S2按下時LED1亮，顯示滿數值的大小，松開S2顯示當前被測數值的大小；按鈕S3是設定滿數值大小的加1鍵，按鈕S4是設定滿數值大小的減1鍵。按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連。89S51的P1.0、P1.1為驅動負載的輸出端口信號，P1.0的輸出端口接ZLJDQJK的輸入，經ZLJDQJK放大后再驅動負載FZ2。P1.1的輸出端口接JLJDQJK的輸入，經JLJDQJK放大后再驅動負載FZ1。89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別驅動LED2(R)、LED3(Y)。LED2(R)、LED3(Y)的發光組合來直接指示出特殊品質的水果，并通過驅動機構把它分離出來。
圖4中的P0.0-P0.7作為輸出口使用時，要注意其內部總線上的數據1寫入D鎖存器，當P0.0-P0.7作為輸入口使用時，要注意區分“讀引腳”和“讀端口”，讀端口是指內部總線上的D鎖存器端口Q和/Q，所以P0.0-P0.7為雙向8位三態I/O口，為低8位地址總線及數據總線分時復用口，可以驅動8個LS型TTL負載。89S51的ALE為輸出連接端口，其功能為地址鎖存允許，當不訪問外部鎖存器時，ALE的頻率為FOSC的1/6。RST為輸入連接端口，其功能為89C51提供復位信號。當P1.0-P1.7作為輸出口使用時，它不需要在外電路上接上拉電阻，因其內部已有，當P1.0-P1.7作為輸入口使用時，要注意其內部總線上的數據1寫入D鎖存器。RXD是串行輸入口；TXD是串行輸出口。
WR、是外部數據存儲器寫選通輸出口；RD、是外部數據存儲器讀選通輸出口。
AD574為28只腳，其功能為片選信號端CS。片啟動信號端CE。讀出/轉換控制信號端R/C。數據輸出格式選擇信號端12/8，當12/8＝1時，12條數據線同時輸出轉換結果，當12/8＝0時，只有高8位或低4位有效。字節選擇控制信號端A0，在轉換期間，若A0＝0，AD574進行全12轉換，若A0＝1，AD574進行8轉換，在讀出期間，若A0＝0，高8位數據有效，若A0＝1，低4位數據有效。輸出狀態信號端STS。由于AD574片內有時鐘，故無需外加時鐘信號。給電路采用單極性輸入方式，可對13腳0-10V或14腳0-20V來的模擬信號進行轉換。轉換結果的高8位從27腳(MSB)～20腳DB11-BD4輸出，低4位從19腳～16腳(LSB)DB3-DB0輸出，并直接和89S51P0.0～P0.7的數據總線相連。
其余同實施例1。
實施例4、一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其中顯示器6采用LED數碼顯示器。其余同實施例1。
權利要求
1.一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，由光強度控制器(7)、光源(1)、CCTV反射聚光鏡頭(2)、光柵單色儀(3)、光信號采集器(4)、光信號數據處理系統(5)和顯示器(6)組成；其特征在于光強度控制器(7)與光源(1)連接，光源(1)對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭(2)之間的光路反射線路的兩側；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭(2)與光信號數據處理系統(5)之間的光路上依次分布有光柵單色儀(3)、光信號采集器(4)；光信號采集器(4)與光信號數據處理系統(5)電路連接；光信號數據處理系統(5)與顯示器(6)電路連接。
2.根據權利要求1所述的一種反射式水果糖酸度快速檢測儀，其特征在于光信號采集器(4)與光信號數據處理系統(5)之間；光信號數據處理系統(5)與顯示器之間的電路連接如下地址鎖存器DZSC輸出端A7通過兩個或非門，并和89S51的WR、RD共同連接在兩個或非門的輸入端口，然后在兩個或非門的輸出端口分別與AD574的CE、R/C相連；89S51的P3.2端口直接與AD574的28腳STS相連。AD574的15腳是數字地DGND，AD574的9腳是模擬地AGND；AD574的7腳接VCC電源正+15V端，11腳VEE接電源負-15V端；光信號采集器(4)采集的光信號通過AD574的兩路模擬輸入端13腳的0～10V、14腳的0～20V端輸入，89S51的ALE端口與地址鎖存器DZSC相連，地址鎖存器DZSC輸出端A0、A1與AD574的4腳A0、3腳CS相連；89S51的P0.0-P0.7也外接AD574，具體為AD574的8位數字信號經DB4-DB11，DB0-DB3端口輸出到89C51的P0.0～P0.7的輸入口；S1通過電阻R2與89S51的RST端相連；89S51的RXD端口與移位寄存器74LS164的輸入端口連接，89S51的P1.4、TXD的端口經過一個與門輸出與三個74LS164的控制端口CK連接；74LS164的輸出端口與LED模塊連接；按鈕S2、S3、S4的右端分別與89S51的P3.2、P1.7、P1.6端口相連；89S51的P1.0的輸出端口通過ZLJDQJK與負載FZ2連接；P1.1的輸出端口通過JLJDQJK與負載FZ1連接；89S51的P1.2、P1.3輸出端口通過兩個反相器分別與LED2(R)、LED3(Y)連接；89S51的P3.2通過電阻與LED1連接，LED1與Vcc連接，P1.7、P1.6還分別通過電阻與Vcc連接。
全文摘要
本發明涉及一種反射式水果糖酸度快速檢測儀。本發明由光強度控制器、光源、CCTV反射聚光鏡頭、光柵單色儀、光信號采集器、光信號數據處理系統和顯示器組成；其中光強度控制器與光源連接，光源對稱的位于水果與CCTV反射聚光鏡頭之間的光路反射線路的兩側；正對水果的CCTV反射聚光鏡頭與光信號數據處理系統之間的光路上依次分布有光柵單色儀、光信號采集器；光信號采集器與光信號數據處理系統電路連接；光信號數據處理系統與顯示器電路連接。水果對近紅外光的吸收特征隨著水果糖酸度的增加而變大，本發明通過獲取近紅外吸收光譜信息，通過光信號數據處理系統計算分析，由數碼顯示器快速顯示水果的糖酸度。
文檔編號G01N21/27GK1865930SQ20061001901
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月9日 優先權日2006年5月9日
發明者劉燕德, 歐陽愛國, 毛學東, 馬文烈, 肖懷國, 羅吉 申請人:江西農業大學