一种基于FPGA的大米香精食品安全检测系统的制作方法

本发明涉及大米香精检测，具体地涉及一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统。

背景技术：

1、大米生产加工过程中非法添加香精香料给食品安全带来风险隐患。一方面损害品牌大米的信誉及正规稻米加工企业的合法权益、扰乱市场秩序，另一方面长期食用香精米、对人体可能构成潜在的健康威胁。

2、因此食品安全局一直在寻求更有效及时的现场检测方法。香精中大量的有机物测定通常需要通过质谱等方法分析其有害成分。这些过程大多在实验室内完成。这意味着完成检测需要花大量的时间，大大延长了执法周期。而现场检测会因为没有完善的设备，受杂质的影响很难获取准确的结果。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，能够解决现有的上述背景技术中提出的问题。

2、本发明提供了一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，包括大米采样装置和数据处理模块，所述大米采样装置包括研磨装置和实验物盛放容器，实验物盛放容器内部设置有离子传感器和ph值传感器，且实验物盛放容器连接甘汞电极和伏安计；所述数据处理模块采用fpga为运算主体，由状态机控制模块控制数据处理模块的运行，将大米采样装置采集的样品通过数据处理模块进行分析出来，且fpga内包含ram模块、分为特征值获取模块和峰值探测模块，所述fpga内部通过knn分类算法对采集到的数据进行排序分析。

3、作为上述方案的进一步地改进，所述大米采集装置采集待测大米数据的特征值为：呲啶离子浓度，呲嗪离子浓度，香兰素离子浓度，ph值，电流值及相应的电压值，其中电流值及相应的电压值将会传入knn分类器进行与训练样本的峰值匹配。

4、作为上述方案的进一步地改进，再将得到的峰值匹配相似度得分与呲啶离子浓度，呲嗪离子浓度，香兰素离子浓度，加压前后的ph值差异传入knn分类器进行大米样品是否添加香精的判断。

5、作为上述方案的进一步地改进，所述待测大米样品采集的目标值经过fpga中使用带有峰值匹配的算法，其具体为：所述待测大米样品采集的目标值经过fpga中使用带有峰值匹配的算法，其具体为：

6、

7、式中，data[i]为每次提升电压值采集得到的电流值，data[i-k]

8、与data[i+k]则为前一次与后一次得到的电流值；如果该次电流值大于前一次与后一次的电流值，则判定此时的输入数据为峰值；对其电流峰值以及电流峰值前一次及后一次扫描得到的电流值及其对应电压值进行存储。

9、作为上述方案的进一步地改进，所述待测大米样品采集的目标值经过fpga中使用带有峰值匹配的knn分类算法与bram中的训练样本计算欧几里得距离，具体为：

10、

11、式中，xi表示待测样品的第i个特征数据，yi表示训练样本的第i个特征数据；fpga取di送入排序和标签查找模块中，训练样本全部被输入特征计算完毕后，得到其中欧氏距离最小的5个值，结果从最小的5个值中投票，在对电流峰值及其对应电压值的特征值处理中，将其与存储的训练样本中的电流峰值及其电压值进行欧氏距离的匹配，得到相似度得分；

12、再将得到的相似度得分与呲啶离子浓度，呲嗪离子浓度，香兰素离子浓度，ph值传入knn分类器，并且与存储的离子浓度峰值及加压前后的ph值差异及相似度得分进行匹配，即可判断待测大米是否添加了大米香精。

13、作为上述方案的进一步地改进，所述研磨装置将样品大米研磨后送至样品容器中，再添加硫酸铜溶液混匀得到待测大米溶液。

14、作为上述方案的进一步地改进，所述fpga中使用带有峰值匹配的算法存储三个电流值与对应电压值。

15、本发明的有益效果为：

16、1、本发明通过检测待测大米样品的呲啶离子浓度，呲嗪离子浓度，香兰素离子浓度，ph值，电流值及相应的电压值的特征数据来判断大米样品是否添加了大米香精，相比于传统检测方式依赖于将样品带到实验室进行分析，本发明检测效果更佳灵活，更加高效。

17、2、本发明使用带有排序模块的fpga对knn分类算法进行加速，并通过knn分类算法对待测大米的特征数据进行对比分析，判断大米是否为人造香米，能够现场检测大米香精添加剂，且具有速度快，功耗低的优点。

技术特征：

1.一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，包括大米采样装置和数据处理模块，其特征在于：所述大米采样装置包括研磨装置和实验物盛放容器，实验物盛放容器内部设置有离子传感器和ph值传感器，且实验物盛放容器连接甘汞电极和伏安计；所述数据处理模块采用fpga为运算主体，由状态机控制模块控制数据处理模块的运行，将大米采样装置采集的样品通过数据处理模块进行分析出来，且fpga内包含ram模块、分为特征值获取模块和峰值探测模块，所述fpga内部通过knn分类算法对采集到的数据进行排序分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，其特征在于：所述大米采集装置采集待测大米数据的特征值为：呲啶离子浓度，呲嗪离子浓度，香兰素离子浓度，ph值，电流值及相应的电压值，其中电流值及相应的电压值将会传入knn分类器进行与训练样本的峰值匹配。

3.根据权利要求2所述的一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，其特征在于：再将得到的峰值匹配相似度得分与呲啶离子浓度，呲嗪离子浓度，香兰素离子浓度，加压前后的ph值差异传入knn分类器进行大米样品是否添加香精的判断。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，其特征在于：所述待测大米样品采集的目标值经过fpga中使用带有峰值匹配的算法，其具体为：所述待测大米样品采集的目标值经过fpga中使用带有峰值匹配的算法，其具体为：

5.根据权利要求2所述的一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，其特征在于：所述待测大米样品采集的目标值经过fpga中使用带有峰值匹配的knn分类算法与bram中的训练样本计算欧几里得距离，具体为：

6.根据权利要求1所述的一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，其特征在于：所述研磨装置将样品大米研磨后送至样品容器中，再添加硫酸铜溶液混匀得到待测大米溶液。

7.根据权利要求4所述的一种基于fpga的大米香精食品安全检测系统，其特征在于：所述fpga中使用带有峰值匹配的算法存储三个电流值与对应电压值。

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA的大米香精食品安全检测系统，包括大米采样装置和数据处理模块，所述数据处理模块采用FPGA为运算主体，且FPGA内包含RAM模块、分为特征值获取模块和峰值探测模块，所述FPGA内部通过kNN分类算法对采集到的数据进行排序分析；所述大米采样装置包括研磨装置和实验物盛放容器，所述实验物盛放容器内部设置有特定的离子传感器和pH值传感器，所述实验物盛放容器连接甘汞电极和伏安计。本发明使用带有峰值匹配模块的FPGA对kNN分类算法进行加速，并通过kNN分类算法对待测大米的特征数据进行对比分析，判断大米是否为人造香米，能够现场检测大米香精添加剂，且具有速度快，功耗低的优点。

技术研发人员：陈睿祺,何化磊
受保护的技术使用者：南京仁面集成电路技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7