一种高精度黄曲霉毒素b1检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电子技术领域，具体为一种高精度黄曲霉毒素 Bl检测系统。
【背景技术】
[0002] 黄曲霉毒素（AFT)是一类化学结构类似的化合物，均为二氢呋喃香豆素的衍生物。 黄曲霉毒素是主要由黄曲霉（aspergillus flavus)寄生曲霉（a. parasiticus)产生的次 生代谢产物，在湿热地区食品和饲料中出现黄曲霉毒素的机率最高，它们存在于土壤、动植 物、各种坚果中，特别是容易污染花生、玉米、稻米、大豆、小麦等粮油产品，是霉菌毒素中毒 性最大、对人类健康危害极为突出的一类霉菌毒素。
[0003] 黄曲霉毒素 Bl危害性最强，国家质检总局规定黄曲霉毒素 Bl是大部分食品的必 检项目之一。其毒性要比呕吐毒素的毒性强30倍，比玉米赤霉烯酮的毒性强20倍。黄曲 霉毒素 Bl的急性毒性是氰化钾的10倍，砒霜的68倍，慢性毒性可诱发癌变，致癌能力为二 甲基亚硝胺的75倍，比二甲基偶氨苯高900倍，人的原发性肝癌也很可能与黄曲霉毒素有 关。以南方高温、高湿地区受污染最为严重。黄曲霉毒素耐热，280°C才可裂解，故一般烹调 加工温度下难以破坏。因此有效的检测和预防是尤为重要的。
[0004] 黄曲霉毒素是一种分子真菌毒素，是天然存在的剧毒性、强致癌性物质，广泛存在 于霉变的食品中，农产品很容易受到黄曲霉毒素的污染，受污染的农产品一旦被人和动物 食用，容易造成黄曲霉素中毒。生物研宄成果表明：该毒素作用的靶器官主要是肝脏，具有 诱导突变、抑制免疫和致癌的作用。由于仓库中气候潮湿、太阳光照偏少，黄曲霉毒素污染 问题显得更为严重，本文针对仓库中粮食的黄曲霉毒素含量较高的问题，提出一种基于51 单片机控制的黄曲霉毒素实时检测与降解系统，不仅能够高精度检测黄曲霉毒素的含量， 而且当黄曲霉毒素的含量由于光照或湿度等因素而升高时，能够通过单片机对降解系统发 出命令，开启降解系统，从而将黄曲霉毒素的含量控制在一定范围内。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是：为有效的检测和预防黄曲霉毒素提供一种高精度黄曲霉毒 素 Bl检测系统。
[0006] 为达到上述目的采用的技术方案是：一种高精度黄曲霉毒素 Bl检测系统，它包含 光电检测单元、高精度转化电路、单片机以及液晶显示器，所述光电检测单元包含紫外线发 射器和荧光图像收集转换器，所述高精度转化电路又包含时钟模块、基准源和比较器模块； 紫外线发射器发出紫外线照射黄曲霉毒素 Bl产生荧光，荧光经图像收集转换器转换为电 信号，在时钟模块和基准源作用下经比较器模块转换为数字信号，数字信号经单片机处理， 在液晶显示器显示检测结果。
[0007] 所述时钟模块包括时钟分频电路、两相不交叠时钟产生电路、输出计数器以及控 制逻辑部分。
[0008] 所述比较器模块包括电阻串分压部分、逐次比较部分和锁存部分。
[0009] 所述输出计数器为5位二进制输出。
[0010] 所述锁存部分包括两个D触发器。
[0011] 采用上述技术方案的有益效果是：这种高精度黄曲霉毒素 Bl检测系统针对仓库 中粮食的黄曲霉毒素含量较高的问题，提出一种基于单片机控制的高精度检测系统，为粮 食中黄曲霉毒素的预防及治理提供帮助。该检测系统通过紫外线感应将黄曲霉毒素发出的 荧光转化为电信号，通过多位电路比较器高精度比较，单片机处理为数字信号，经液晶显示 器显示检测结果。5位二进制32级高精度检测结果，性能稳定技术成熟的51单片机结构， 可集成性良好，配备触屏液晶显示器。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型高精度黄曲霉毒素 Bl检测系统的结构示意图。
[0013] 图2为本实用新型中时钟模块原理结构图。
[0014] 图3为本实用新型中比较器模块原理结构图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本实用新型作说明。
[0016] 如图1所示，为以单片机为控制核心的系统结构框图，包括光电检测单元、高精度 转化电路、单片机MCU以及LCD液晶显示器，系统原理如下：光电检测单元的作用是紫外 线照射粮食，使被黄曲霉毒素污染的粮食被激发出荧光，再通过图像传感器对荧光信号进 行采集并把荧光信号转换为电压信号，电压信号通过高精度转化电路转换为5位二进制代 码，5位二进制代码(对应数值为00000-11111)通过单片机处理转化为十进制输出信号（对 应数值为0-31)，作为TFT的输入信号，并最终显示到TFT-IXD上，进而反映应当前的粮食中 的黄曲霉毒素 Bl含量。
[0017] 其中高精度转化电路模块内部包括一个振荡器、时钟模块和比较器模块以及带隙 基准。时钟模块用于产生不同相位的时钟，比较器模块产生终止控制信号；比较模块在两 相不交叠时钟的控制下将电池电压VBAT经电阻分压后由高到低进行逐次进行比较，具有 offset抵消功能；当比较器的结果为高电平时继续比较，当比较结果出现一个低电平时将 当前状态锁存，这个结果也是最终的输出。
[0018] 如图2所示，为高精度转化电路中的时钟模块结构框图，包括时钟分频电路、两相 不交叠时钟产生电路、输出计数器（同时也是5位二进制输出）以及整个电路的控制逻辑部 分。其中，EN为使能端，elk为振荡器产生的时钟信号，termb为终止信号，EN_termb为EN 和termb共同产生的使能信号，clkl~clk5分别为计数器模块的5个输出端。整个电路在 EN控制下工作，EN为低时为休眠状态，EN为高时开始工作，并在最多32个时钟周期后进入 锁存状态，将结果保持。
[0019] 时钟分频电路的输入为前端振荡器送来的时钟信号，使其占空比为50% ;分频后 的信号分别送至两个D触发器中，其一为下降沿触发，另一个为上升沿触发；下降沿触发后 的信号再经过一个D触发器产生后面比较电路的主时钟R);上升沿触发后的信号作为采样 时钟Fd ;R)同时还受由后面比较器模块产生的终止信号termb的控制，当termb为低时将 置高，此时控制计数器不再工作，当前状态被锁存。
[0020] 两相不交叠时钟产生电路接受时钟分频电路产生的时钟信号R)，送出两相不交叠 时钟Fl和F2。其中Fl与R)相位相反，F2与R)相位相同。当Fl为高电平的相位时将后 续比较器模块接成单位增益放大器，F2为高电平的相位时比较器模块开始比较。
[0021] 输出计数器电路由五个D触发器级联，下降沿触发。接收Fl信号，以形成32个不 同相位clkl~clk5 (00000~11111)，由低位到高位逐次比较，如果比较结果一直为高电平则 继续比较，一旦比较出低电平则Fl置高，锁存当前状态，此时的计数结果即最终的结果，如 果31次比较都输出高电平，说明此时的VBAT已经大于上限电压4. 3V，则锁存住第32个状 态 Illll0
[0022] 控制逻辑电路该电路由一个五输入或非门和一个反相器组成，clkl~clk5为上面 输出计数器的输出端，clkl_B~clk5_B分别为clkl~clk5的反相端；共有32个这样的电路， 产生32个不同频率的控制信号F1〈0> ~ Fl〈31>，依次控制比较器模块中的电阻串分压。
[0023] 如图3所示，为高精度转化电路中的比较器模块，包括电阻串分压部分、逐次比较 部分和后面的锁存部分，其中Fl〈0:31>为图2中产生的32个控制信号，依次送入图3中的 电阻分压电路，从而依次改变VBAT分压电阻的阻值。
[0024] 电阻分压结构如图3中虚线框所示，采用短接到地和直接选择相结合的方法，选 择合适的电阻值，不仅比直接将开关短接到电源的方法更加线性化，而且这样短接到地用 NMOS实现，还可以避免使用level-shifter。其中，R为主电阻，RS为限流电阻，RS大小取 决于电路的功耗。电阻分压Vfb与电池当前电压VBAT的关系如式（2. 1)所示，式中k为 Fl〈0:31>控制信号分别对应的开关。
[0025]
【主权项】
1. 一种高精度黄曲霉毒素BI检测系统，其特征是：它包含光电检测单元、高精度转化 电路、单片机以及液晶显示器，所述光电检测单元包含紫外线发射器和荧光图像收集转换 器，所述高精度转化电路又包含时钟模块、基准源和比较器模块；紫外线发射器发出紫外线 照射黄曲霉毒素Bl产生荧光，荧光经图像收集转换器转换为电信号，在时钟模块和基准源 作用下经比较器模块转换为数字信号，数字信号经单片机处理，在液晶显示器显示检测结 果。
2. 根据权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述时钟模块包括时钟分频电路、两相 不交叠时钟产生电路、输出计数器以及控制逻辑部分。
3. 根据权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述比较器模块包括电阻串分压部分、 逐次比较部分和锁存部分。
4. 根据权利要求2所述的检测系统，其特征是：所述输出计数器为5位二进制输出。
5. 根据权利要求3所述的检测系统，其特征是：所述锁存部分包括两个D触发器。
【专利摘要】一种高精度黄曲霉毒素B1检测系统，包含光电检测单元、高精度转化电路、单片机以及液晶显示器，所述光电检测单元包含紫外线发射器和荧光图像收集转换器，紫外线发射器发出紫外线照射黄曲霉毒素B1产生荧光，荧光经图像收集转换器转换为电信号，在时钟模块和基准源作用下经比较器模块转换为5位二进制32级数字信号，数字信号经单片机处理，在液晶显示器显示检测结果。该系统针对仓库中粮食的黄曲霉毒素含量较高的问题，提出一种基于单片机控制的高精度检测系统，为粮食中黄曲霉毒素的预防及治理提供帮助。检测显示精度高，基于性能稳定成熟的51单片机结构，集成性好，配备触屏液晶显示器。
【IPC分类】G01N21-64
【公开号】CN204422421
【申请号】CN201520148984
【发明人】潘正坤, 杨洁
【申请人】遵义师范学院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月17日