食品快速检测系统和食品快速检测仪的制作方法

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种食品快速检测系统和食品快速检测仪。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对自身的饮食安全愈加重视，食品安全问题影响着人们的健康和生活的稳定。食品安全问题严重威胁人们身体健康与生命安全，特别是一些农药残留、添加剂等。因此，多种食品检测方法应运而生。

典型的食品安全检测方法有比色法和免疫胶体金技术(immunecolloidalgoldtechnique)。比色法是在分析化学中，利用有色溶液颜色的深浅测定物质含量的分析方法(过去大多用眼睛进行观察比较，所以又称目视比色法)。免疫胶体金技术是以胶体金作为示踪标志物，应用于抗原抗体的一种新型的免疫标记技术；其中，胶体金是由氯金酸(haucl4)在还原剂如白磷、抗坏血酸、枸橼酸钠、鞣酸等作用下，聚合成为特定大小的金颗粒，并由于静电作用成为一种稳定的胶体状态。

请参考图1，示出免疫胶体金技术的原理，它采用一个底板2，在底板2上从左至右依次设置样品垫3、胶体金垫4、硝酸纤维素膜7(硝酸纤维素膜7具有测试线5和质控线6)和吸水滤纸8。其中，胶体金垫4左侧伸至样品垫3下方，另侧叠在硝酸纤维素膜7上方，吸水滤纸8左侧叠在硝酸纤维素膜7上方。在使用时，将相应的样品试剂1加至样品垫3上，样品试剂1先与胶体金垫4反应，然后，在吸水滤纸8的作用下，从左右移动，分别经过测试线5和质控线6，即可得到相应的反应结果。

为了利用这些典型的食品安全检测方法来快速完成相应的检测，食品快速检测系统和仪器被开发。但是，现有食品快速检测系统和仪器还存在着单次只能测试单个通道或单张卡片的情况，检测效率较低，并且识别具有一定误差，有待改进。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种食品快速检测系统和食品快速检测仪，以提高相应的检测效率，并且提高检测识别的准确性。

为解决上述问题，本发明提供一种食品快速检测系统，包括：卡片模组，所述卡片模组包括至少一个卡片，每个所述卡片具有多个检测通道；转盘机构，所述转盘机构包括定位转盘，所述定位转盘用于承载所述卡片，并用于带动所述卡片进行转动；信号采集模块，用于所述对所述卡片中所述检测通道内产生的检测结果进行采集；反馈信号模块，用于所述卡片是否放入的信号反馈和所述卡片的定位信号反馈；显示模块，用于显示检测结果；电机，用于带动所述定位转盘进行转动；电机控制模块，用于控制所述电机转动；控制模块，用于接收所述信号采集模块、反馈信号模块、电机控制模块的信号，并用于对所述信号采集模块、反馈信号模块、电机控制模块和显示模块发出控制信号；其中，所述信号采集模块包括信号采集传感器和恒流光源，所述信号采集传感器的个数为两个以上。

可选的，所述卡片有六个，每个所述卡片上具有六个所述检测通道；每个所述信号采集传感器采集同一所述卡片中的两个所述检测通道的图像信号。

可选的，所述反馈信号模块包括光耦反射管电路及电压比较器。

可选的，所述系统还包括：充电模块，用于为系统供电；按键模块，用于向控制模块输入控制指令。

为解决上述问题，本发明还提供了一种食品快速检测仪，卡片，每个所述卡片具有多个检测通道；定位转盘，所述定位转盘设置在所述卡片下方，所述定位转盘具有原位定位孔；电机，所述电机设置在所述定位转盘下方，用于带动所述定位转盘和所述卡片转动；图像采集模组，用于采集所述卡片中所述检测通道的图像；反馈模组，用于对所述卡片是否放入的信号反馈和所述卡片的定位信号进行反馈；显示模组，用于显示检测结果；微控制器，用于对检测数据进行处理和对检测操作进行控制；以及上壳体和下壳体。

可选的，一个所述卡片包括六个所述检测通道；所述图像采集模组包括三个摄像头，每个所述摄像头用于同一个所述卡片上相邻两个所述检测通道的图像采集。

可选的，所述定位转盘中间具有固定孔，所述固定孔周边具有六个卡槽，所述卡槽用于容纳所述卡片。

可选的，所述图像采集模组包括恒流光源的，所述恒流光源为两块均光板。

可选的，所述仪器还包括两道滑轨和一个与所述滑轨配合的滑块，所述电机安装在所述滑块上；所述电机上具有电机固定座，所述定位转盘设置在所述电机固定座上；所述下壳体具有仓门和门盖，所述滑块、电机、电机固定座和定位转盘能够从所述仓门中拉出和推出。

可选的，所述上壳体采用黑色铝合金外壳；所述电机为步进电机。

本发明技术方案的其中一个方面中，提供一种快速检测成像技术的食品快速检测系统，可运用多通道比色法及胶体金卡两类卡片(即能够支持比色法和免疫胶体金技术两种检测方法)，检测食品中违禁添加的有毒有害物质以及药物残留的仪器。其中，食品中的污染物或其它被检测物质，能够与通道卡片上的检测试剂反应，生成有色化合物，在一定范围内，有色化合物相应颜色的深度与含量成正比，以此来测定未知物质的含量及性质(定性和定量分析)。并且一次可以测多通道，一个定位转盘中可以装多张卡片，因此，操作简单、检测快速，提高了相应的检测效率。同时，相应的检测成本低，无污染，识别误差小。

进一步，本发明技术方案的另一个方面中，快速检测成像技术的食品快速检测系统通过设置卡片有六个，每个所述卡片上具有六个所述检测通道；并设置所述信号采集传感器为图像采集器，且所述信号采集模块包括三个所述图像采集器；同时，每个所述信号采集传感器采集同一所述卡片中的两个所述检测通道的图像信号，从而实现能够通过每次三个所述图像采集器进行一次图像采集，就对一个卡片上六个检测通道进行检测，实现更加高效的检测效率。

进一步，本发明技术方案的另一个方面中，食品快速检测系统中采用步进电机、定位转盘和反馈模块相结合，可实现精准、静音、快速的通道切换。

附图说明

图1是实施例免疫胶体金技术的原理示意图；

图2是实施例提供的食品快速检测系统的功能逻辑框图；

图3是电机驱动电路的电路图；

图4是用于卡片的定位信号反馈的光耦反射管电路图；

图5是用于卡片是否放入信号反馈的光耦反射管电路图；

图6是用于仓门开关状态信号的光耦反射管电路图；

图7电压比较器电路图；

图8是另一个电压比较器电路图；

图9是cmos传感器电路图；

图10是fpc座电路图；

图11是串口切换电路图；

图12是快充电路图；

图13是配合快充与非快充的分压电路图；

图14是本发明实施例提供的食品快速检测仪整体剖面图；

图15是图14的分解立体图(爆炸图)。

具体实施方式

现有直流电机正反转的控制电路功能不全，电机工作时较易出现受损。

为此，本发明提供一种新的食品快速检测系统和食品快速检测仪，以解决上述存在的不足。

为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。

本发明实施例提供一种食品快速检测系统，请参考图2，其包括：

卡片模组210，卡片模组210包括至少一个卡片(图2中未示出，参考本说明书后续实施例，如图14和图15中的卡片21)，每个卡片具有多个检测通道(图2中未示出，如图15中所示)；

转盘机构220，转盘机构220包括定位转盘(图2中未示出，参考本说明书后续实施例，如图14和图15中的定位转盘22)，所述定位转盘用于承载所述卡片，并用于带动卡片进行转动；

信号采集模块110，用于对卡片中检测通道内产生的检测结果进行采集；

反馈信号模块120，用于卡片是否放入的信号反馈和卡片的定位信号反馈；

显示模块(未示出，参考本说明书后续实施例)，用于显示检测结果；

电机(未示出，参考本说明书后续实施例)，用于带动定位转盘进行转动；

电机控制模块130，用于控制电机转动；

控制模块100，用于接收信号采集模块110、反馈信号模块120、电机控制模块130的信号，并用于对信号采集模块110、反馈信号模块120、电机控制模块130和显示模块发出控制信号；

其中，信号采集模块110包括信号采集传感器112和恒流光源111，信号采集传感器112的个数为两个以上。

本实施例中，卡片(如前述，卡片具体参考后续实施例内容)有六个，每个卡片上具有六个检测通道，因此，卡片可以称为六通道卡片；采集传感器112为图像采集器(具体可以是cmos图像采集器或者ccd图像采集器)，信号采集模块110包括三个所述图像采集器，即包括三个采集传感器112；每个信号采集传感器112采集同一卡片中的两个检测通道的图像信号(在定位转盘停止转动的时候获取图像信号)。卡片设置为多个，并且，每个设置为有多个检测通道，能够为高效地进行相应检测提供了硬件基础。

由上述可知，本实施例中，设置卡片有六个，每个所述卡片上具有六个所述检测通道；并设置所述信号采集传感器为图像采集器，且所述信号采集模块包括三个所述图像采集器；同时，每个所述信号采集传感器采集同一所述卡片中的两个所述检测通道的图像信号，从而实现能够通过每次三个所述图像采集器进行一次图像采集，就对一个卡片上六个检测通道进行检测，实现更加高效的检测效率。

这种一个图像采集器采集同一所述卡片中的两个所述检测通道的图像信号的设计，同时包含着，三个图像采集器(即信号采集传感器112)是沿着卡片六个检测通道顺次设置的，它们之间的距离基本相关，它们与卡片的距离合适，从而保证图像的清晰度，并且保证它们的采集范围合适。这样的结构更加保证了检测的高效性。

同时可以看出，设置单个卡片的检测通道数量为信号采集传感器的两倍是一种能够有效提高检测效率的数据，同时，考虑到旋转的需要，向心结构的需求，设置检测通道为六个兼顾了各个方面的平衡。

控制模块100亦即微控制器(微处理器)，可以采用单片机芯片实现。

本实施例中，电机可以采用步进电机。

电机控制模块130包括电机驱动电路，驱动电路如图3所示。电路中，采用a3967电机驱动芯片。a3967芯片能提供完善的保护措施，包括抑制瞬态电压，过热保护、防止电流直通、欠电压自锁等功能。a3967和控制模块100之间不需要附加其他的接口电路，a3967芯片采用easystepper接口，将8条控制线减少了2条(步长控制线和方向控制线)，只要简单地输入控制步进电机的脉冲，其内嵌的转换器就可以实现对步进电机的精准控制。

图3中，a3967芯片的ms1(芯片上的字母对应的是以字母命名的相应引脚下同)和ms2是步进电机细分分辨率选择的逻辑输入口；dir是电机运转方向的选择口；reset用于重置芯片初始值，屏蔽所有外部输出；step为脉冲输入端口；out1a、out1b、out2a和out2b为h桥的两对输出端口；en为使能端；sleep为睡眠模式；sense1连接的电阻r9，sense2的电阻r20为h桥的电流检测电阻；ref连接的为参考电压。

图3中，该电路能够使步进电机选择为细分分辨率最高的八细分。正常情况下电机转动一圈需要200个脉冲(1.8°/step)，若选择八细分则需要1600个脉冲。八细分分辨率可以使电机转动更加稳定，数据重复性更高，但所需的时间会加长。通过实验发现八细分时电机转动一圈的时间在可接受范围内，因此选择八细分。

本实施例中，卡片基于的原理可以是比色法或免疫胶体金技术。

请参考4至图8，反馈信号模块120包括光耦反射管电路及电压比较器。

图4显示的是用于卡片的定位信号反馈(可简称为原点定位)的光耦反射管电路。

图5显示的是用于卡片是否放入的信号反馈(可简称卡片检测)的光耦反射管电路。

反馈信号模块120除了上述两个检测反馈功能，还可以包括仓门开关的状态信号反馈，也就是说，本系统对应的仪器可以具有相应的仓门，此时反馈信号模块120可以检测反馈仓门是否关好。

相应的，图6显示的是用于仓门开关的状态信号(可简称仓门检测)的光耦反射管电路。

在反馈信号模块120中，之所以采用光耦反射管而不是用传统按键开关，是因为：光耦反射管可以实现自动检测反馈；光耦反射管与检测物体表面没有直接的接触，可以减少触碰带来的物理摔坏和机械误差；光耦反射管相比传统按键开关，使用寿命更长且工作稳定；由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

由上述可知，在反馈信号模块120中，运用了三组光耦反射管电路，这些光耦反射管电路配合相应的电压比较器，即可以实现相应的原点定位、卡片检测及仓门检测等三种反馈信号的检测。

其中，本实施例采用两个电压比较器与三个光耦反射管电路配合的方式，即图4和图5两个光耦反射管电路与图7所示的电压比较器配合，图6所示的一个光耦反射管电路与图8所示的电压比较器配合。

图7和图8显示，本实施例中，两个电压比较器均采用lm393芯片实现。lm393芯片对原始模拟输出信号有归化作用(对输出信号起隔离作用)。由于光耦反射管从无遮挡到完全遮挡的过程中，输出电压可能由于仪器内部的反射，出现常态输出电压在2.8v(微控制器ttl电平高电平判断阈值)上下浮动，从而导致误判。采用lm393芯片则可以对光耦反射管的输出信号与参考电压2.2v进行比较：输出信号大于参考电压时则向控制器输出3.3v(高电平)，输出信号小与参考电压时则向控制器输出0v(低电平)，使检测信号稳定性、可靠性更强。

具体的，以原点定位为例说明反馈信号模块120的检测反馈作用：图7所示的电压比较器的参考电压通常设置为2.2v，卡片转到一定位置，使得上述定位转盘上的相应原点定位结构(未示出，可以是一个定位通孔，如后续实施例中的原位定位孔)没有到达指定位置时，此时，图4所示的光耦反射管电路会接收端呈高电平(上拉3.3v)，图7所示的电压比较器输出端会输出稳定的高电平3.3v；相反，当电机运转，使相应上述定位转盘的相应原点定位结构移动至特定位置，此时图4所示的光耦反射管电路接收端会接收到定位信号(如反射信号)，并输出低电压(低电压的范围可能在0v至1v之间)，这个低电压低于图7所示电压比较器的参考电压(2.2v)，所以，电压比较器输出端可以稳定的输出低电平(0v至1v之间)，此时，这些输出的电压分别给到控制模块100，确保了控制模块100可靠的识别相应的原点，即反馈信号模块120实现了可靠的原点定位检测反馈。

在实现定位检测反馈后，只需要控制定位转盘转动相应的角度(距离)，就可以将相应的检测通道转到相应的检测位置(可以设置每检测到定位转盘的某个点，单片机就命令电机停止转动)。

信号采集模块110中，恒流光源111，可以采用两块大面积均光板(参考图14和图15)。本实施例可以进一步结合恒流驱动电路，实现光源的稳定性，满足系统和仪器信号重复性的要求。即均光恒流电路用于恒流光源111，可以给通道检测提供稳定工作电流以达到均光效果。

信号采集模块110中，信号采集传感器112采用ov7725高清微焦cmos传感器实现，此coms传感器尺寸为10mm×10mm，该尺寸使得coms传感器不会占用仪器太多的内部空间，可实现多组组合使用。该coms传感器焦距4.5mm，像素640×480，满足本发明中高清微焦的要求。

前面提到，信号采集传感器112的个数为两个以上，具体的，本实施例中，信号采集传感器112为三个，此时，三组cmos传感器电路均为信号采集模块110的组成部分。每组cmos传感器电路可以获取相应卡片中两个相邻通道的图片，因此，对于前述六通道卡片而言，三组cmos传感器电路可以恰好同时将卡片的各通道图像一次性进行采集。以其中一组coms传感器电路为例，它可以获取从里向外的第一通道和第二通道的图像。

图9和图10显示，cmos传感器电路主要包括al422b芯片电路及一个fpc座。

其中，图9显示的al422b芯片是一种存储容量为393216字节x8位的fifo存储芯片，由于具备较大的存储空间及较快的读取速度，所以可以用于coms传感器电路。

图10则显示了fpc座的电路结构，fpc座用来接cmos传感器的摄像头模组的。coms传感器的数据先从coms传感器写入存储芯片al422b中，再从芯片中读出传输到单片机中。

需要特别说明的是，当采用免疫胶体金技术原理时，相应的定位转盘放入的是胶体金卡片，此时，可能只用到三组cmos传感器电路的其中一组电路(即用到三个cmos传感器的其中一个)。

本实施例中，所述食品快速检测系统还包括充电模块140，用于为系统供电。

本实施例中，充电模块140具体可以是快充模块，相应的快充电路可以使仪器的充电电压由通常的6v提高至12v，减少了仪器的充电所需时长。

图11和图12显示了快充模块的串口切换电路(用sgm7227yms10g芯片实现)及快充电路(用单片机stm32f030f4p6实现)。

图13显示了配合快充与非快充的相应的分压电路。单片机只能输出3.3v和0v的电压，然而此电路需要的电压是0.6v，所以需要分压电路进行分压。

图11中，sgm7227yms10g作为usb切换开关，常态下接入usb线，首先默认切换至hsd1+、hsd1-。

图12显示，单片机stm32f030f4p6执行qc2.0协议，判断所接入的usb设备是否支持快充协议。若判断无法进入快充模式时，单片机则将外部usb切换至hsd2+、hsd2-，进行设备通讯；若支持快充协议，则保持hsd1+、hsd1-通道，进行快充操作。

结合图11、图12和图13可知，快充具体实现过程为：当有usb线接入图11中左侧连接器con1时，图12中单片机stm32f030f4p6的pa1脚置高，pa2、pa4置低，使qc_d﹢保持1.5s的握手电压，此时，图13中pa0、pa2、pa4作为输入脚检测判断qc_d-是否下降；若无，表明此时不支持qc快充，若有，则单片机向qc_d﹢、qc_d-输出0.6v电压，适配器进入快充模式，图13中pa1、pa3、pa5用于输出0.6v电压(触发电压信号)，使适配器配合输出电压转为12v。

本实施例中，所述食品快速检测系统还包括按键模块150，用于向控制模块100输入控制指令。

本实施例提供的系统，能够支持比色法和免疫胶体金技术两种检测方法。其中，食品中的污染物或其它被检测物质，能够与通道卡片上的检测试剂反应，生成有色化合物，在一定范围内，有色化合物相应颜色的深度与含量成正比，以此来测定未知物质的含量及性质(定性和定量分析)。并且一次可以测多通道，一个定位转盘中可以装多张卡片，因此，操作简单、检测快速，提高了相应的检测效率。同时，相应的检测成本低，无污染，识别误差小。

本实施例提供的食品快速检测系统中采用步进电机、定位转盘和反馈模块相结合，可实现精准、静音、快速的通道切换。

本实施例提供的食品快速检测系统中，增加快充电路及均光恒流电路。快充电路可以使仪器的充电电压提高至12v，减少了仪器的充电所需时长。

本发明继续结合后续实施例继续说明相应优点。

本发明实施例还提供一种食品快速检测仪，请结合参考图14和图15。

所述食品快速检测仪包括：

卡片21，每个卡片21具有多个检测通道(未标注，请参考图15，每个卡片21具有6个检测通道)；

定位转盘22，定位转盘22设置在卡片21下方，定位转盘22具有原位定位孔(未示出)；

电机26，电机26设置在定位转盘22下方，用于带动定位转盘22和卡片21转动；

图像采集模组(未标注)，用于采集卡片21中检测通道的图像；

反馈模组，用于对卡片21是否放入的信号反馈和卡片21的定位信号进行反馈；

显示模组10，用于显示检测结果；

微控制器，用于对检测数据进行处理和对检测操作进行控制；

以及上壳体12和下壳体28。

本实施例中，上壳体12采用黑色铝合金外壳。这种外壳可以杜绝外界光对仪器运行的影响。为了配合显示模组10安装，本实施例中，设置上壳体12具有相应的显示屏安装窗口(如图15中所示，未标注)。上壳体12中间位置的下方具有电路板13。此外，还有dc插座11，用于显示模组10与电路板13的电连接。需要说明的是，所述仪器可以具有相应的按键，按键可以采用触摸按键，集成在显示模组10中，从而可延长零件的使用寿命。

本实施例中，电路板13的右下方具有电池14。电池14用于供电，并且，如前所述，它可以使用充电模块(快充模块)进行充电。

本实施例中，图像采集模组包括摄像头电路板15，以及安装在摄像头电路板15的三个摄像头151(具体可以是ccd摄像头或者cmos摄像头)，以及具有三个相应开孔以配合三个摄像头151的摄像头固定板。

三个摄像头151与卡片21具有6个检测通道的配合设计，具有能够进一步提高检测速率的效果，并且相应的结构是更加适配的，可以结合参考前述实施例相应内容。

本实施例中，图像采集模组还包括恒流光源的，恒流光源为两块均光板17(片状均光板)。由前述系统实施例相应内容可知，均光板17可以对应有相应的均光恒流电路或恒流驱动电路。均光恒流电路用于恒流光源模块，可以给通道检测提供稳定工作电流以达到均光效果。另外，本实施例增加一块玻璃板18于均光板17。恒流光源设置为两块均光板17还结合考虑了本实施例中，三个摄像头151和一个卡片21有6个检测通道的设计，使得最终的检测效果提高。本实施例中，摄像头151与均光板17结合，能够进行六通道比色卡片21或胶体金卡片21的成像，因此，可以同时检测一个卡片21上的多个通道的色值，实现多通道同时间定量与定性。

如图14和图15，特别是图15，食品快速检测仪内部还有一个电路固定座19，用于上述电池14、图像采集模组和电路板13的安装和固定。

图15显示，本实施例具有六个卡片21，一个卡片21包括六个检测通道(未标注)。如前所述，图像采集模组包括三个摄像头151，每个摄像头151用于同一个卡片21上相邻两个检测通道的图像采集，也可以参考前述实施例相应内容。

定位转盘22中间具有固定孔(未标注)，固定孔周边具有六个卡槽(未标注)，一个卡槽用于容纳一个卡片21。

本实施例中，转盘机构(请参考前述实施例)还包括上转盘固定座23和下转盘固定座24，它们用于将定位转盘22固定在其下方的电机固定座25。而电机26固定在电机固定座25下方，电机26的转动轴(未标注)通过下转盘固定座24中间的通孔与下转盘固定座24固定，从而使得电机26能够带动下转盘固定座24转动，而下转盘固定座24与定位转盘22固定在一起，因此，电机26能够带动定位转盘22进行转动。

本实施例中，电机26为步进电机，其原因可以参考前述内容。

请继续参考图14和图15，食品快速检测仪还包括两道滑轨27和一个与滑轨27配合的滑块271。食品快速检测仪还包括一个反弹自锁器272。下壳体28具有仓门(未标注)和门盖281。在门盖281打开后，滑块272、电机26、电机固定座25和定位转盘22等能够从仓门中拉出和推入，以方便定位转盘22中卡片21的更换。此时，利用滑轨27、滑块271和反弹自锁器272实现相应的推拉过程的自锁和解释(将相应结构推至最内部之后的自锁，以及要将相应结构拉出时的反弹解锁)。

本实施例提供的食品快速检测仪，是一种快速检测成像技术的仪器，可运用六通道比色法及胶体金两类卡片，检测食品中违禁添加的有毒有害物质以及药物残留，污染物或检测物质与六通道卡片上的检测试剂反应，生成有色化合物，在一定范围内颜色深度与含量成正比，以此来测定未知物质的含量及性质。具有测试成本低，无需其他仪器配合，操作简单，测试速度快(可一次可以测多通道，仪器中一次可以装多张卡片)等优点。并且，测试结果准确，可进行定性分析及定量分析。

本实施例提供的食品快速检测仪，采用摄像头与均光板结合的方式，进行六通道卡片(或胶体金卡片)成像，可以检测多个通道的色值，实现多通道同时间定量与定性。

本实施例提供的食品快速检测仪，黑色铝合金外壳，可以完全杜绝外界光对仪器运行的影响，仪器按键采用触摸按键，可大大延长零件的使用寿命。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。