基于at89c52的高精度地沟油检测计的制作方法
【专利摘要】一种基于AT89C52的高精度地沟油检测计，它包含检测计本体和探头，检测计本体又含有电路板、显示屏、按键和电池，电路板包含四位计数器、十位脉冲产生器、检测模块、锁存器和控制芯片，控制芯片的型号为：AT89C52；四位计数器依据系统时钟得到四位二进制数，十位脉冲产生器产生两倍幅系统时钟的十个脉冲，用于控制开关K1~K10；检测模块通过检测、转换电压、比较电压、输出检测结果；锁存器用于保存和返回检测结果。种基于AT89C52的高精度地沟油检测计利用地沟油与食用油电导率不同的特点，基于单片机进行设计，提出了一种低成本、高精度检测计，能够快速检测出食用油中地沟油的掺入百分比。
【专利说明】基于AT89C52的高精度地沟油检测计
【技术领域】
[0001]本实用新型属于一种检测工具，具体为一种基于AT89C52的高精度地沟油检测计。
【背景技术】
[0002]针对地沟油问题，2010年3月18日，国家食品药品监督管理局办公室发布了《关于严防地沟油流入餐饮服务环节的紧急通知》(食药监办食(2010)25号)。地沟油通常指餐饮部门废弃的食用油，一般从宾馆、酒店等附近的地沟内进行捞取，经过提炼加工后颜色、性质均发生变化的有毒有害类油脂。地沟油多与生活垃圾、粪便、霉菌及寄生虫混杂在一起，因此地沟油会逐渐发生水解、氧化、缩合、聚合、酸度增高、色泽变深等一系列变化，产生游离脂肪酸、脂肪酸的二聚体和多聚体、过氧化物、多环芳烃类物质、低分子分解产物等。此外，地沟油的酸败指标远远超出国家规定，长期摄入，人们将出现体重减轻和发育障碍，易患腹泻和肠炎，并有肝、心和肾肿大以及脂肪肝等病变。地沟油受污染产生的黄曲霉毒性不仅易使人发生肝癌，在其他部位也可以发生肿瘤，如胃腺癌、肾癌、直肠癌及乳腺、卵巢、小肠等部位癌变。地沟油如处置不当，不仅严重影响市容环境和市民生活，而且还会造成大面积的水体污染。
[0003]地沟油经过高温加热或反复使用后会产生一些极性物质(如丙稀酰胺、多环芳烃、醛基等)，经精炼也不易除去，而这些物质在合格的食用植物油中几乎没有。由于多环芳烃需要在持续高温环境下才会大量产生，所以该检测指标误差率较大，且检测仪器精密昂贵，因此通过该项指标进行对于地沟油的便携式检测及应用推广较为困难。此外，油样在展开剂作用下各种成分在硅胶板上扩散分离，经显色剂显色后可在硅胶板上观察到不同斑点，因此可以采用薄层色谱法进行检测，但是薄层色谱法需要高压的理化条件，无法实现地沟油的便携式检测。正常油脂几乎是不导电的，但油脂酸败后产生的各种极性物质可使油脂产生导电性。地沟油由于掺杂了大量金属离子而产生导电性，电导率较高；且电导率测量直观，简易，便携性好。因此，可以通过电导率来定性定量分析食品中是否使用了地沟油。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是:提供一种基于AT89C52的高精度地沟油检测计。
[0005]为达到上述目的采用的技术方案是:
[0006]一种基于AT89C52的高精度地沟油检测计，它包含检测计本体和探头，检测计本体含有电路板、显示屏、按键和电池，电路板包含四位计数器、十位脉冲产生器、检测模块、锁存器和控制芯片，控制芯片的型号为:AT89C52 ;四位计数器依据系统时钟得到四位二进制数，十位脉冲产生器产生两倍幅系统时钟的十个脉冲，用于控制时序逻辑开关KfKlO ；检测模块通过检测电阻值，再转换为电压，再对比电压，依据四位计数器输出检测结果；锁存器用于保存和返回检测结果；控制芯片为全局控制器和提供显示屏的显示信息。
[0007]检测模块包含探头电阻R oil、电压转换比较器、分压电阻、分压电阻开关和计数比较器。
[0008]探头电阻R oil是指探头的两个电极之间的电阻。
[0009]分压电阻包含主电阻R F、限流电阻R S、以及电阻RfRlO各两个。
[0010]分压电阻开关为两组各十个的κι?αο，是由十位脉冲产生器产生脉冲控制的时序开关。
[0011]采用上述技术方案的有益效果是:这种基于AT89C52的高精度地沟油检测计利用地沟油与食用油电导率不同的特点，基于单片机进行设计，提出了一种低成本、高精度检测计，能够快速检测出食用油中地沟油的掺入百分比。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型基于AT89C52的闻精度地沟油检测计的总体不意图；
[0013]图2为本实用新型基于AT89C52的高精度地沟油检测计的电路总体框图；
[0014]图3为图2中检测模块的电路原理图；
[0015]图4为菜籽油中地沟油质量分数与Vo统计图；
[0016]图5为不同Vo对应的开关K与V fb关系图；
[0017]图6为系统时序说明图；
[0018]图7为设计流程说明图；
[0019]图8 (a)、(b)、(C)为不同含量地沟油的检测结果测试图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型作说明。
[0021]如图2所示，为总设计的系统框图，其中虚线框模块由软件控制，用于产生时钟信号和锁存控制信号，包括振荡器、16位脉冲产生器、4位计数器、两相不交叠时钟产生电路、锁存器。实线框模块为硬件设计，包括比较器、带隙基准以及单片机MCU和用于显示地沟油掺入百分比的TFT-1XD。
[0022]由单片机产生两个两相不交叠时钟Fl和F2以及上升沿触发的信号作为采样时钟Fdd ;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。Fl和F2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Fl置高和F2置低，此时控制计数器不再工作，当前状态被锁存。
[0023]计数器接收Fl信号，以形成10个不同相位的时钟信号clkl?clk4 (0001?1010)，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。10位脉冲产生器的输入为计数器的4个输出信号，通过逻辑设计产生10个脉冲。
[0024]比较器在两相不交叠时钟的控制下将检测模块的V fb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。锁存器产生终止控制信号；整个电路在EN控制下工作，EN是EN的反相信号，EN为低时为休眠状态，EN为高时开始工作，并在最多10个时钟周期后进入锁存状态，将结果保持。Termb信号在开始比较时为低电平，一旦比较结果出现低电平则将Termb置低；如果前面9个周期都比较出高电平，当clklO来临时，将置低Termb信号，从而将控制H)为高，进入锁存状态。锁存部分开始工作后，如果输入时钟为高电平，则维持输出为低，一旦输入时钟跳变到O (第一个触发起采样到低电平)，则输出也置高，此时指示进入锁存状态。
[0025]
* I槳好隹牵地旧瀹展.量分β与窀露寒51:?11幾羅S: μ? cm
礙入 S.S1比 0?+ 10? ￡0? 30? 40? 80? 60? WM 80? 90?
P《平均值) 15..? 23 8 3? 2 41 O 4B T 59.7 65 4 74 5 30 7 92 I
[0026]如表I所示，菜籽油中掺入地沟油的电导率测定结果，可以看出菜籽油的电导率随掺入地沟油的质量分数呈正比关系。
[0027]由电导率公式可知，电阻Λ =令，其中为#电阻率，L为长度，S为横截面积，本方案探头的长度L取的0.lm，横切面积S取0.1cm2，对应电阻用R oil表示，如表2所示，列出了菜籽油中掺入地沟油百分比时对应的R oil。
[0028]由表2可知，单位体积的电阻与地沟油质量分数呈线性反比，本方案正是利用此特点来设计检测模块，如图3所示，为本方案提出的检测计中的检测模块，其中R oil代表盛油箱对应的电阻，故由图3可知:
[0029]
^ = + ￠2.1)
Μ-、
[0030]其中，Rb取22ΚΩ，V ref取IV。结合表2和图2可得出菜籽油中地沟油质量分数与对应VO统计表以及VO变化曲线，分别如表3和图4所示。
_m3VrltifR_擧Si V
渗入西分比 0% 1X 20? 30? 40* SO* 80? 10% m% 30?
3+9 2 91 2.32 2.W L 91 1.T? I 68 1.S9 L 56 !.5
[0031]如图4为菜籽油中地沟油质量分数与Vo统计图。
[0032]图3中，R f和R s为主电阻和限流电阻，其中R S的大小取决于功耗。clkf clklO为图1中产生的10个控制信号,依次改变电阻分压的电压值V fb。将每一个控制信号对应V fb由与参考电压V ref进行比较，直到出现低电平为止，同时通过计数器统计高电平数目，最终得到4位二进制数。因此，当菜籽油中地沟油的掺入比发生变化时，R oil势必会发生变化，导致Vo变化，从而使V fb发生变化，得到不同的4位二进制数。
[0033]当Fl为高时，运放接成单位增益放大器，将电阻分压V fb及运放的offset电压采样到一个2pF的电容Cl上，这个电容也是这个状态的补偿电容；当F2为高时，将V ref电压接到比较器同相端，将这两个电压进行比较(实现运放offset抵消)；下一周期改变分压电阻的阻值，由高到低逐次比较。这样在开始的比较周期，由于V fb高于V ref，输出经过一个反相器后将为高电平，直到V fb低于V ref，输出将是低电平。
[0034]电阻分压V fb与Vo的关系如式(2.2)所示，式中K为clkf clklO控制信号分别对应的开关。
[0035]
^15-^-1f----(Σ 馬^:><2.2)
R +?_1
i.!.i?l
[0036]其中#为clkl?clklO控制信号分别对应的开关。
[0037]如图5为不同Vo对应的开关K与V fb关系图。
[0038]如图5所示，为Vo分别为3.9V，2.09V，1.59V所对应的开关K与V fb关系图，从图中的可以直观的看出，当Vo=3.9V时，每个开关对应的电阻分压V fb都大于参考电压Vref，当V0=2.09V时，前7个开关对应的电阻分压V fb大于参考电压V ref，当VO=L 59V时，前3个开关对应的电阻分压V fb都大于参考电压。因此，通过计数器计数可以分别得到10、7、3个高电平脉冲，从而得到不同的4位二进制数。
[0039]将地沟油质量分数分为10个区间，分别用二进制代码表示，如表4所示，为地沟油掺入百分比对应的二进制代码值:
表4地沟油掺入百分比对应的二进制代码值
掺入百分比 VdrVdI —
>90 M__0001
80%~90% 0010Γη_ι 70 H OQii
60ψ70%—— Q10Q
50f4r"'60% 0101
40%"50%0110
30%r%0% 0111
20『30 H 1000
10%"20% 1001
ο%'?ο% IQ1
[0041]如图6为系统设计时序图，图中时序以地沟油质量分数为50%?60%以及0%?10%为例，结合图3可知，图中第一个波形为EN信号，即EN为高电平时开始转换，第二个波形Termb为终止信号，当EN从低电平跳变到高电平Termb也会跳变到高电平，Termb为O指示进入锁存状态，等待数据被读取；可以看出当地沟油质量分数较高时(50%?60%)时转换出0101，地沟油质量分数较低时(0%?10%)转换出1010。第三个波形为采样信号Fd，设为在其上升沿采样，一旦采样到V comp为低电平，则将Termb置低。由于当Fl为高电平时进行比较，因此在Fl为高后延迟一段时间才采样比较的结果。第四个波形为F2信号为高电平时将比较器接为单位增益放大器，并输出比较结果，Fl信号为高电平时进行比较，并将V comp信号置高。这部分电路由五个D触发起级联，下降沿触发。VdfVdl为Fl信号分频后的信号，以形成10个不同相位(OOOf 1010)，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10次比较都输出高电平，说明此时的质量分数已经小于10%，则锁存住第10个状态1010。
[0042]如图7所示,为系统设计流程图。
[0043]如图8所示，(a)、(b)、(c)分别为地沟油质量分数15 %，32 %，84%时的Fd波形测试图，其Fd出现的高电平数分别为10，7，2个，由图6可知Fd出现的高电平数就代表采样的次数，从而可知比较产生的高电平数，所以地沟油质量分数分别为15 %，32%，84%时对应的二进制代码为1001，0111，0010，与表4相符合。
【权利要求】
1.基于AT89C52的高精度地沟油检测计，它包含检测计本体和探头，检测计本体含有电路板、显示屏、按键和电池，其特征是:所述电路板包含四位计数器、十位脉冲产生器、检测模块、锁存器和控制芯片，所述控制芯片的型号为:AT89C52。
2.根据权利要求1所述的基于AT89C52的高精度地沟油检测计，其特征是:所述的检测模块包含探头电阻R oil、电压转换比较器、分压电阻、分压电阻开关和计数比较器。
3.根据权利要求2所述的基于AT89C52的高精度地沟油检测计，其特征是:所述的探头电阻R oil是指探头的两个电极之间的电阻。
4.根据权利要求2所述的基于AT89C52的高精度地沟油检测计，其特征是:所述的分压电阻包含主电阻R f、限流电阻R S、以及电阻RfRlO各两个。
5.根据权利要求2所述的基于AT89C52的高精度地沟油检测计，其特征是:所述的分压电阻开关为两组各十个的κι?αο，是由所述十位脉冲产生器产生脉冲控制的时序开关。
【文档编号】G01N27/06GK204008537SQ201420403589
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】杨洁, 彭侨, 阳芝林 申请人:遵义师范学院