专利名称：一种液体食品快速鉴别仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及电化学技术、微电子与微机技术，尤其涉及一种液体食品快速 鉴别仪。
背景技术：
通常电化学的检测方法主要有恒电位法、循环伏安法、常规大脉冲伏安法、 多频脉冲伏安法。
循环伏安法属于暂态研究方法，但对于日常生活中成分比较复杂的混合物 质的检测需要较长时间，不能满足生产生活中实时检测的要求；常规大脉冲伏 安法运用了阶梯电平改变的特性，使得反应电流曲线包含较多的信息，但是由 于脉冲时间间隔足够长，所以不同脉冲电位之间的电化学反应过程不会相互影 响。多频脉冲伏安法通过加入高频脉冲，通过縮短脉冲间隔时间，并使得两个 脉冲周期之间形成交互感应，使得传感器采集的电流中包含更多的组分电化学 信息。本发明采用的是频率较高的常规大脉冲伏安法，既得到不同幅值脉冲的 响应电流，又具有脉冲之间的交互感应信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携低功耗的液体食品快速鉴别仪。
液体食品快速鉴别仪中电极组的工作电极一端与程控滤波放大电路、电流 电压转换电路、A/D转换电路、MSP430单片机、液晶屏相连接，电极组的辅助 电极和参比电极一端与D/A转换电路、激励信号发生电路、MSP430单片机、 按键相连接，MSP430单片机与串口通讯电路、计算机相连接，电极组的辅助电 极和参比电极一端与恒电位控制电路、MSP430单片机相连接。
所述的程控滤波放大电路为采样电流输入端与模拟开关、8通道电阻电容网 络、8选1模拟选择开关、运算放大器相连接，8通道电阻电容网络与运算放大 器、电流电压转换电路相连接，8选1模拟选择开关与MSP430单片机相连接。
所述的8通道电阻电容网络为第一电阻和第一电容，第二电阻和第二电容， 第三电阻和第三电容、第四电阻和第四电容、第五电阻和第五电容、第六电阻 和第六电容、第七电阻和第七电容、第八电阻和第八电容的8组电容电阻通道 一端相连接，8组电容电阻通道另一端与8选1模拟选择开关输入端相连接。
所述的恒电位控制电路为MSP430单片机与第一反向放大器、电阻调节一 端相连接、电阻调节的另一端分别与第二反向放大器一端、正向放大器一端相连接。
本发明不在于测量溶液中的某种成分含量，而是在于检测被测物质之间的 整体特征的差异性，提取出被测对象某些方面的属性信息。采用调幅脉冲激励，
速度快，脉冲频率为1HZ， 一次测量与分析的时间仅仅需要3-5分钟。
本发明采用低功耗设计技术，可靠性高，易于设计成便携式仪器。它基于 电化学的三电极检测系统，并采用交互感应电极，具有友好的人机交互界面， 并创新地提出了 "学习"功能；该鉴别仪综合应用了特征值提取、主成分分析、 聚类分析等技术。该项发明可以应用于液体食品的定性定量分析，可用于矿泉 水、葡萄酒、牛奶、白酒等食品真伪和优劣的鉴别，适合企业、商场、家庭使 用。
图1是液体食品快速鉴别仪结构框图2是本发明的程控滤波放大电路框图3是本发明的8通道电阻电容网络图4是本发明的恒电位控制电路框图5是本发明的主程序软件流程图6是本发明的数据分析处理软件流程图7是本发明的通信软件流程图。
具体实施例方式
本发明以低功耗的MSP430单片机为核心，集成了电极组、程控滤波放大 电路、电流电压转换电路、A/D、 D/A转换电路、串口通讯电路、激励信号发生 电路以及按键、液晶显示等电路模块，串行通信模块，再加上特征值提取模块、 PCA分析模块、聚类分析模块，使得整个系统方便实用。特征值提取模块能够 从大量溶液响应信号的原始数据中，提取出能够反映和表征溶液总体特性的特 征值，该特征值是溶液对脉冲序列响应的最大值和最小值；PCA分析模块将待 鉴别样品的特征值，与保存在flash存储器中的真实样品的特征值一起进行主成 份分析，在实现变量降维的同时，得到待鉴别样品和真实样品的主要主成份分 量；聚类分析模块，将得到的各个样品的主成份分量进行聚类分析比较，得出 待鉴别样品与真实样品的相似程度，从而计算出待鉴别样品的真品概率。
液体食品快速鉴别仪采用了低功耗的MSP430单片机系列芯片，由电极组， 微机电路系统、数据采集软件、分析处理软件和人机交互软件组成。
如图1所示，MSP430单片机与计算机，按键和液晶屏相连，实现了人机交
互的功能；MSP430单片机与激励信号发生电路、D/A转换电路、电极组、电流 电压转换电路、程控滤波放大电路、A/D转换电路相连接；MSP430单片机通过 恒电位控制电路控制参比电极和辅助电极的电位。液体食品快速鉴别仪在单片 机输出的高频脉冲电压控制下，从待测溶液中采集电流信号，此输入的电流信 号经过程控滤波放大电路以及电流电压转换电路转化成合适大小的电压信号， 然后通过A/D转换电路输入MSP430单片机；MSP430单片机利用自身的数据 分析处理软件处理所得的电压信号，并将最后的结果显示在液晶屏上。
如图2所示，程控滤波放大电路为采样电流输入端与模拟开关、8通道电阻 电容网络、8选1模拟选择开关、运算放大器相连接，8通道电阻电容网络与运 算放大器、电流电压转换电路相连接，8选1模拟选择开关与MSP430单片机 相连接。电阻网络的选择可以实现不同倍率的放大，电容网络的选择可以实现 滤波。
如图3所示，8通道电阻电容网络为第一电阻R1和第一电容C1，第二电阻 R2和第二电容C2，第三电阻R3和第三电容C3、第四电阻R4和第四电容C4、 第五电阻R5和第五电容C5、第六电阻R6和第六电容C6、第七电阻R7和第七 电容C7、第八电阻R8和第八电容C8的8组电容电阻通道一端相连接，8组电 容电阻通道另一端与8选1模拟选择开关输入端相连接。
如图4所示，恒电位控制电路为MSP430单片机与第一反向放大器、电阻 调节一端相连接、电阻调节的另一端分别与第二反向放大器一端、正向放大器 一端相连接。
图5所示，液体食品快速鉴别仪的应用主程序流程图。主程序是一个不断 循环的过程，在系统初始设置完成以后，进行按键的识别和响应，根据不同的 按键分别进入不同的操作模块，可以进行鉴别、查询、设置、学习等功能。相 应功能模块操作完毕以后返回到初始等待按键的状态。
图6所示，数据采集分析处理模块的流程。数据分析处理模块主要包含特 征值提取、主成分分析、聚类分析模块。下位机先对待测溶液进行采样，从而 得到大量含有溶液成分信息的电流信号，然后从这些数据中提取溶液对脉冲序 列响应的最大值和最小值，即特征值；接着将测得的特征值和标准数据库中的 特征值一起进行PCA分析，并用聚类分析的方法将计算结果转换成真品概率。
图7所示，通信软件流程，本鉴别仪可以通过计算机的串口进行通信，以 实现标准样本库的下载、学习和系统更新等功能。进行通信前，上位机主动进 行连接检测，得到下位机的响应后表明连接成功，然后按照通信规约的数据格 式开始传送数据，传送完毕并校验结果正确后显示设置成功，否则显示设置失 败并重新传送。
权利要求
1、一种液体食品快速鉴别仪，其特征在于电极组的工作电极一端与程控滤波放大电路、电流电压转换电路、A/D转换电路、MSP430单片机、液晶屏相连接，电极组的辅助电极和参比电极一端与D/A转换电路、激励信号发生电路、MSP430单片机、按键相连接，MSP430单片机与串口通讯电路、计算机相连接，电极组的辅助电极和参比电极一端与恒电位控制电路、MSP430单片机相连接。
2、 根据权利要求1所述的一种液体食品快速鉴别仪，其特征在于所述的程 控滤波放大电路为采样电流输入端与模拟开关、8通道电阻电容网络、8选1模 拟选择开关、运算放大器相连接，8通道电阻电容网络与运算放大器、电流电压 转换电路相连接，8选1模拟选择开关与MSP430单片机相连接。
3、 根据权利要求2所述的程控滤波放大电路，其特征在于所述的8通道 电阻电容网络为第一电阻R1和第一电容C1，第二电阻R2和第二电容C2，第 三电阻R3和第三电容C3、第四电阻R4和第四电容C4、第五电阻R5和第五电 容C5、第六电阻R6和第六电容C6、第七电阻R7和第七电容C7、第八电阻 R8和第八电容C8的8组电容电阻通道一端相连接，8组电容电阻通道另一端与 8选1模拟选择开关输入端相连接。
4、 根据权利要求1所述的一种液体食品快速鉴别仪，其特征在于所述的恒 电位控制电路为MSP430单片机与第一反向放大器、电阻调节一端相连接、电 阻调节的另一端分别与第二反向放大器一端、正向放大器一端相连接。
全文摘要
本发明公开了一种液体食品快速鉴别仪。其电极组的工作电极一端与程控滤波放大电路、电流电压转换电路、A/D转换电路、MSP430单片机、液晶屏相连接，电极组的辅助电极和参比电极一端与D/A转换电路、激励信号发生电路、MSP430单片机、按键相连接，MSP430单片机与串口通讯电路、计算机相连接，电极组的辅助电极和参比电极一端与恒电位控制电路、MSP430单片机相连接。本发明采用三个交互感应电极检测系统，检测被测物质之间的整体性特征差异，提取被测对象的属性信息；采用调幅脉冲激励和低功耗设计；具有友好的人机交互界面，创新提出“学习”功能；并应用多种电化学分析技术。可用于酒类、牛奶、水等液体食品的真伪鉴别，适合企业、商场、家庭等检测使用。
文档编号G01N27/416GK101196490SQ20071016485
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者捷 梁, 平 沈, 王晓萍 申请人:浙江大学