毕业设计（论文）-食物腐败变质检测电路的设计.doc

题 目 食物腐败变质检测电路的设计 学生姓名 学号 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 通 信 工 程 专 业 1203 班 指导教师 完成地点 物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 2016 年 5 月 30 日毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程专业1203班 学生姓名 张 梦 一、毕业论文设计题目 食 物 腐 败 变 质 检 测 电 路 的 设 计 二、毕业论文设计工作自_ 2016 _年_ 1 _月_1_日 起至_2016_年 6 月_ _20_日止三、毕业论文设计进行地点: 物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 四、毕业论文设计的内容要求： 1、设计一种食物腐败变质检测语音播报装置，采用水分传感器和电阻检测网络，从食物的电 阻和水分含量这两个参量入手进行检测, 并与新鲜食物的标准值比较, 从而判断食物腐败变质 的程度, 做出食物能否食用的论断。能检测食物的电阻和水分含量，而且还能测温和计时。测得的数据通过液晶显示，具有语音播报的功能。若用单片机不建议采用常规51单片机。 2、毕业设计结果是样机和论文，论文要求严格按学校毕业设计格式撰写，计算机打印。 3、毕业设计时间安排 1月1日-2月28日：查阅相关资料（参考文献不少于15篇，其中近三年中文外文期刊各不少于5篇），熟悉题目内容，进行方案论证，提交开题报告(图用VISIO2003绘制)； 3月1日-3月31日：完成不少于3000词的中英文翻译，安装调试运行； 4月1日-5月25日：整体联调，毕业设计验收； 5月25日-6月5日：撰写、修改、提交毕业论文(图用VISIO2003绘制)； 6月5日-6月15日：制作、修改PPT,毕业答辩； 6月15日-6月20日：毕业设计资料归档。 指 导 教 师 龙 光 利 系(教 研 室) 通 信 工 程 系 系(教研室)主任签名 批准日期 2 0 1 6 年1月2日 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 陕西理工学院毕业设计食物腐败变质检测电路的设计作者：张梦（陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程1203班，陕西 汉中，723000）指导教师：龙光利 摘要 针对人们对食物与人体健康关系的关注以及腐败食物对人体的危害等问题，设计制作了一种食物腐败变质检测电路。该电路是基于STC12C5A60S2单片机，利用电阻检测网络和水分传感器收集数据，使用DHT11温度传感器测量出当前温度，通过LCD12864液晶显示屏和SYN6288语音播报模块显示并播报出检测结果，同时将几种正常食物的标准值存入微处理器，通过按键来更换食物种类。经实验验证，该电路能够实现食物的正常测量，在显示屏上能够显示测量时间、食物电阻和水分以及当前室温，能通过语音播报食物是否能食用的检测结果。关键词 食物检测；食物电阻；食物水分；数据显示；语音播报 Design of detection circuit for food spoilageZhang Meng(Grade2012,Class3,Major of Communication Engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001,China)Tutor:Long GuangliAbstract：The problem is peoples concern about the relationship between food and human health, as well as the harm to human body etc. A food spoilage detection circuit is designed and manufactured. The circuit is based on STC12C5A60S2 microcontroller using resistance detection network and moisture sensors to collect data, DHT11 temperature sensor is used to measure the temperature, test results are displayed and was broadcast by LCD12864 LCD display and syn6288 voice broadcast module, and several kinds of normal food standard values are stored in the microprocessor, kinds of food is replaced by pressing a button. The experiment proved that the circuit can realize the normal measurement of food. Measurement time, food resistance and moisture as well as the current room temperature can be displayed on the display, the results of the test whether the food can be consumed can be broadcasted by voice.Key words：Food detection; Food resistance; Food moisture; Data display; Voice broadcast; II目录1 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状11.3研究方法与应用领域11.4 论文结构22食物腐败变质机理、表现与应对方法32.1 食物腐败变质机理32.2 常见几种食物腐败变质表现及变化32.3 食物腐败变质应对方法与贮藏43硬件电路设计63.1 单片机最小系统设计63.2 数据采集电路设计73.2.1 食物电阻测量电路设计73.2.2 食物水分测量电路设计83.2.3 室内温度测量电路设计83.3 液晶显示与按键电路设计93.4 语音播报电路设计114软件程序设计124.1 主程序设计124.2子程序设计124.2.1电阻检测电路子程序124.2.2 水分检测子程序134.2.3 温度测量子程序134.2.4 液晶显示子程序144.2.5 语音播报子程序144.3软件编译与下载155制作与调试175.1 硬件电路制作175.2 电路调试186.总结与展望206.1 总结206.2 展望20致谢21参考文献22附录A 英文文献原文23附录B 英文文献译文30附录C 源程序35附录D 元器件清单47第47页 共47页1绪论1.1 课题背景食品的安全问题,是关乎社稷民生的关键问题，其中最重要的部分就是食品腐败的检测问题，发生腐败变质的食品,无论感官还是理化性质,都会发生不利于健康的改变，所以快速准确地检测食品腐败程度非常重要1。一般来说，所有的食物，在常温状态下,放置一段时间后都会变质，有的发霉结块、有的腐烂发臭、有的变酸等。食物腐败在我们日常生活中随处可见。特别是炎热潮湿的夏天,食物更易腐败变质,尤其是含水分较多的,如鱼、肉、蛋、蔬菜等,往往在短期内，就会发臭、发酵、发霉等,人吃了这种变质的食物会引起不适或中毒2。1.2 国内外研究现状（1）国内研究现状：a.菌类培养法：当前我国普遍采用菌类培养法来检测食物是否变质。通过测量食物某种细菌群的含量来判断食物是否可以食用2。食物的腐败是指不同物种的微生物通过分解食物，并利用汲取的营养进行繁殖的过程。常见的微生物种类包括某些病毒、霉菌、细菌等，能引起人类食品中毒频率最高的微生物是细菌。目前，样本中衡量食品腐坏的主要参数是细菌数量和毒素浓度。识别细菌方法通常是通过生物化学测试完成的，观察不同细菌在不同环境下的生存能力以及不同细菌所产生的不同毒素来识别样品中含有的不同细菌,这些问题使得一般消费者很难辨别食物的安全程度2。b.利用传感器实时监测食物变质信号法：目前用于食品新鲜度检测便捷的方法有电子鼻、电子舌等，但它们并不能提供直观的图像信息2。而适用于远距离传输过程食品变质信号，是通过远程食品运输车中的传感器发出的，根据构建无线传感器物联网络的结构来产生食品变质信号，这些信号源是包含食品的湿度、温度、腐败物质含量等信息。食品变质信号在运输过程中的采集和识别，可以实现，对远程运输食品，实时监控及预防管理。故而采取有效的措施来实现人工干预来保证食物的安全和品质。用以往的方法，对远距离运输的过程中的信号采集的识别方法是采用BP信号神经网络采集识别，采用Music参数的估计方法来估计食物变质信号的特征参量，从而实现对信号的采集识别，但是传统算法识别技术采用的是广播无线电波，不能有效地对食物变质的信号进行无线传感器物联网地采集，并且采集信号精度低，性能差。改进版的方法是一种基于最小方差响应不变波束形成算法的远程运输过程中食品变质信号采集识别方法3。（2）国外研究现状：国外也有相关学者采用气味和红外热像等检测食品的新鲜度。在工业领域，食品质量监控也是一个很重要的问题。目前，在美国的危害分析和关键控制点体系和应用指南中，还不存在快速准确地检测肉制品中微生物含量的系统。传统方法弊端和工业领域对快速、安全、高效检测技术需求促使研究者寻找新的食品检测解决方案 1。1.3 研究方法与应用领域（1）研究方法： 食物腐败变质检测电路涉及的专业比较广泛，包括腐败食物信号提取、信号转换、系统控制、参数比较、语音播报等。众所周知，食物的水分、电阻和温度可作为评估食物腐败过程的重要参量。食物腐败通常伴随着复杂的理化性质的变化，根据这个变化，提出将水分与电阻引入食物腐败过程的检测中，以期提供多参数化的量化信息。通常来说，当食物中的含水量小于15时，食物就不太会腐败变质。温度对于食物的腐败起催化作用，气温高时组织酶的活性会增强从而食物的营养成分会发生分解。细菌活力越强，食物就越易腐败，那么电阻就越小。所以说食品检测这个行业是一个综合性比较强的行业。拟采用新鲜馒头和腐败馒头这两种样品，利用灵敏探针去测这两种样品，然后通过数字显示屏显示两者表达的差异性，通过表征这一差异性探索一种全新的便捷、高效食物腐败检测方法2。与传统技术相比，使用检测电路技术可以快速的得到目标电阻值，同时不需要破坏食物，所以可以做到连续、实时的食品质量检测。在民用领域，腐败食物变质检测电路可以做到小型化便携化，如果拥有了这种快速便捷的食品质量检测设备，消费者的消费安全可以得到更好的保障2。相比于传统的化学方法，检测电路的设备操作简单，易实现系统集成与自动化控制，这同样符合食品工业的发展需求。拟采用的食物腐败变质检测电路设计方案如图1.1所示。使用电阻、水分、温度检测模块进行数据采集，并将收集到的信号送入单片机内进行处理，连接显示屏用于显示测得数据，连接键盘用于键入命令，连接语音播报模块用于给出语音结果提示。图1.1 食物腐败变质检测电路设计方案（2）应用领域：近年来，人们对食物安全的关注度逐渐提高，食物检测的应用技术由此得到了迅速发展，随着技术的进一步成熟，食物检测会从医学、科研、酒店等应用领域逐步向民用、家用普及4。1.4 论文结构（1）绪 论：主要阐明了课题背景，国内外研究现状，研究方法以及应用领域。（2）食物腐败变质机理、表现与应对方法：主要介绍食物腐败原因，介绍了常见的几种食物的电阻和水分，并对如何应对食物腐败提出了建议。 （3）硬件电路设计：硬件部分主要设计了单片机最小系统、电阻检测模块、土壤水分传感器、按键电路设计、温度传感器、液晶显示的电路设计，语音播报电路设计。（4）软件程序设计：软件部分主要设计了主程序，数据采集子程序，语音播报子程序，液晶显示子程序，软件编译与下载。（5）系统调试及分析：Proteus软件上仿真，硬件制作，硬件调试。（6）总结与展望：对完成的部分进行总结，对其中存在的不足提出自己的想法。2食物腐败变质机理、表现与应对方法2.1 食物腐败变质机理 食物的腐败变质, 多指在微生物为主导的各种各样原因的配合下, 食物会降低甚至失去食用价值, 如蛋、禽、肉的腐臭、霉变粮食, 溃烂的蔬菜、水果, 酸败的油脂等2。食物的变质腐败的原因还是比较复杂的, 总体说来, 大致分成以下四个方面:（1）食物中所含的水分。它对于微生物的繁殖生长具有重要的作用。一般来说, 当食物中所含的水分含量小于等于15%时, 食物则不容易变质腐败。这么看来，水是引起食物变质腐败的一个重要原因。（2）化学的原因。动植物的食物在宰杀或者收获后, 在一定的时间内, 食物中的各种酶类，如组织酶等还会进行一些生物和化学变化的过程从而引起组成食物成分进行分解, 从而引起变质腐败。（3）物理的原因。细菌在分裂繁殖期间会产生一些酶,如蛋白酶、脱氨酶等。食物在腐败菌酶的作用下,将复杂的高分子有机物分解为简单的低分子物质。在温度高、湿度大的情况下会促进微生物的繁殖和酶的活性,从而加速食物的腐败。（4）微生物的原因。食物变质腐败的原因主要是微生物的作用, 如金黄色葡萄球菌、变形杆菌等细菌的作用 2。2.2 常见几种食物腐败变质表现及变化食品的腐败及变质，这是比较复杂的过程，它不仅关系到食品内酶的作用、还涉及到污染微生物的生长及代谢，但最重要还是微生物作用的结果。从腐败变质对食物感官品质的作用来看，食物腐败及变质的类型主要可分为以下三种：（1）变黏：食物腐败和变质变黏多数是因为细菌生长及代谢所产生成多糖导致的。常见的会让食物变黏的微生物主要有：类产杆菌、黏液产杆菌、无色杆属，气杆菌属，乳鼓杆菌，明串菌等，少数的酵母种类也会使食物变黏。（2）变酸：食物变酸的主要原因是因为腐败的微生物生长及代谢导致的，常见的食物变酸的主要微生物有：醋酸茵属，丙酸菌属，微球菌属等，还有少数霉菌。（3）变臭：食物变臭主要原因是因为细卤的分解的以蛋白质等为主的食物而产生的氨气、有机胺等所导致的 5。腐败变质的食物对人体健康产生的影响表现在以下三个方面：（1）产生出厌恶感。由于微生物在生长繁殖过程中促使食物中各种成分发生（分解）变化，而让食物原来的感官品质发生改变，让人产生厌恶感。如蛋白质会在分解的过程中会生产硫化氢、合机胺、咧跺、硫醇等，这些物质都有蛋白质分解后特有的臭味；细菌以及窃菌等在繁殖的过程中也能产生出色素，会让食物出现各种各样比较异样的颜色，而让食物失去它本身的色、香和味道。（2）降低了食品的营养价值。因为食品中的蛋白质、脂肪、腐败的碳水化合物及变质后它的结构发生了变化，所以会丧失它本来的营养价值。例如蛋白质腐败分解后会产生有毒物质，因而失去了蛋白质其原有的价值；脂肪的腐败变质、水解以及氧化后产生的过氧化氢，再分解为碳基化合物、酮等，便失去了脂肪对人体的营养和生理作用。总的来说，因为营养成分的分解，所以让食物营养的价值降低了2。（3）引起中毒或潜在的危害。食物从起初生产到最后销售的整个过程中，食物被污染的方式及污染程度比较复杂食物腐败及变质后产生的有毒东西也是多种多样的，因此。腐败变质的食物对人体的健康状况产生的危害的表现也不同：a.急性毒性。通常来说，腐败变质的食物往往会产生急性中毒的状况，轻度中毒者多会出现急性胃肠炎症状，如呕吐、腹泻或腹痛、发烧等，经过及时治疗后基本会恢复；重度中毒者会在呼吸、神经、循环等系统中出现症状，只有抢救地及时才会脱离安全，如稍有耽搁说不定会出现生命危险。有的人急性中毒，虽然经千方百计的治疗，但也会给中毒者留下一些后遗症。b.慢性毒性及潜在危害。有的变质的食物中含有的有毒物质的量比较少，或者由于本身的毒性不强，并不能够引起急性中毒，如果一旦长期食用，也会出现慢性中毒，甚至更为严重的会出现致癌、致突变甚至致畸的现象。从大量的动物试验的研究资料中可以看出：一旦食用被黄曲霉的毒素污染后的霉变花生、粮食和花生油，就会出现慢性中毒的现象。大部分的食物都溶解了一定量离子盐的游离水后成为了导体，而且食物的水份含量一般都常在40以上，并且具有导电的性能。因为水是生命活动的必要条件，所以对微生物细胞的组成来说水是必不可少的，而且细胞内进行的各种生化反应，都是以水为溶解媒质的6。一般在缺水的条件下，微生物的新陈代谢就会发生阻碍。但不同微生物的生长繁殖所要求的水分的含量都不同。故也可以说食物中的水分含量决定了微生物生长的种类。通常来说，含水量较多的食物，细菌繁殖能力比较强；含水量少的食物，则霉菌和酵母菌的繁殖能力比较强。食物中的水分常以游离水和结合水这两种状态存在。微生物在食物上的生长繁殖，一般能利用的水都是游离水。这都是因为一部分的水是与蛋白质、碳水化合物及一些可溶性物质，如糖、氨基酸和盐等结合的，这些结合的水是对微生物来说没有影响的，故一般使用水分活度来表示食品中可被微生物利用的水分6。现以鸡肉、牛肉、土豆、苹果、萝卜、馒头为例，就食物中的电阻和所含水分进行说明介绍，如表2.1所示。表2.1 部分新鲜食物电阻、水分含量一览表名称电阻（k）水分含量鸡肉15075%牛肉15070%土豆10-2778%苹果3990%萝卜4778%馒头40040%2.3食物腐败变质应对方法与贮藏了解了食物腐败的原理,就可采用相应的对策来防止食物的腐败变质。按照食品贮藏的基本原理可分两大类: 一是全部或部分杀灭微生物和破坏酶活性的贮藏方法,如加热法、辐射法、紫外线照射法及化学杀菌剂法。二是抑制微生物发育、酶活性和非酶化学变化的贮藏技术,有低温法、干燥法、酸渍法、糖饯法等。（1）低温贮藏法: 低温可以抑制微生物的繁殖,降低酶的活性,减少食物中的化学反应,可较好地保持食品原有的色香味和营养价值。按温度的高低可分为冷藏贮藏和冷冻贮藏。冷藏采用的温度是食物冰点以上的温度。这种方法适用于蔬菜、水果、鲜蛋等。冷冻是将食品在低于冰点的低温下冻结,再以0以下的低温进行贮藏的方法。由于温度在冰冻点以上,食品中所含水分60-80%结冰,使水分活性下降,使绝大多数微生物停止发育,食物中酶的活性也大大受到抑制,这种方法可较长时间贮存食品。（2）高温贮藏法: 利用高温加热杀灭食品中微生物并破坏酶的活性,以达到长期贮藏食品的目的。高温法可分为高温灭菌法和巴氏杀菌法。高温灭菌是利用高压蒸汽达到100以上的温度,全部杀死微生物的灭菌技术。巴氏杀菌法是用60加热30分钟杀灭有害微生物的方法。这种方法常用于不适宜长时间高温加热的或者只作短期贮藏的食品,如鲜奶、果汁、果酒、酱油等。（3）干燥贮藏法: 水分是微生物赖以生存繁殖的根本,因此减少食品中的含水量,降低水分活性,可有效地控制微生物的繁殖和酶的活性,所以干燥食品耐贮藏。食品干燥方法很多,有自然干燥法,利用日晒、阴凉、风吹等自然干燥。还有人工干燥、微波干燥、远红外干燥等。贮存干燥食品时应注意防湿防潮,否则,可因吸水而腐败变质。（4）盐腌及糖渍贮藏法: 这种方法原理是利用食物中加入盐或糖所造成的高渗透压和低水分活性,使微生物的细胞原生质脱水、凝固,促使微生物死亡,从而实现保存食物的目的。对于这种方法贮藏的食品要注意防潮,因为食物受潮后,含水量增加,使糖、盐的浓度降低,微生物容易生长繁殖,从而使食品变质。（5）酸渍贮藏法: 这种方法是在食品中加入有机酸(如醋酸)或者能产生酸的乳酸菌,使食品变酸,以抑制各种微生物的生长,从而达到贮藏目的。用这种方法酸渍的食品主要是以新鲜蔬菜为原料加工制成的食品,如酸黄瓜、泡菜等。（6）烟薰贮藏法: 其原理是利用木材或锯末在不完全燃烧的情况下所产生的烟气来熏蒸食品的一种方法。经过烟熏,不但食物减少了水分,而且烟气中有杀菌和防腐作用的木焦油、杂酚油等附在食物上面,可提高食物的耐贮性。（7）化学防腐剂贮藏法: 这种方法是向食品中添加人工合成的防腐剂,抑制或杀死腐败微生物。在我国食品卫生标准中允许使用的防腐剂有苯甲酸、钠盐、山犁酸及钾盐。了解以上食品腐败及其贮藏方法,有助于我们日常的生活,使食物贮藏达到科学化、合理化11。3硬件电路设计设计的食物腐败变质检测电路的硬件部分主要由主控芯片STC12C5A60S2、电阻、水分采集模块、测温部分、计时部分、显示部分LCD12864、按键电路、语音播报部分组成。各部分相互协作，构成完整的一个系统，从而实现食物腐败变质检测的功能。3.1 单片机最小系统设计设计的单片机最小系统图如图3.1所示，主要由单片机（STC12C5A60S2），复位电路，时钟电路构成。图3.1 单片机最小系统图（1）单片机芯片STC12C5A60S2STC12C5A60S2主要性能有：增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容于传统的8051；高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度要比普通的8051快612倍；工作电压：STC12C5A60S2系列的工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列的工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机）；工作频率范围为：0-35MHz，与普通8051的0420MHz相当；ISP（在系统可以编程）/IAP（在应用可以编程），不需要专用编程器，不需要专用仿真器。可以通过串口（P3.0/P3.1）直接来下载用户程序，数秒就能够完成一片；有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；看门狗；时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%) 用户通过下载用户程序，能够进行选择，是使用内部R/C振荡器还是使用外部晶体/时钟，在常温下，内部的R/C振荡器的频率为：5.0V单片机的频率为：11MHz15.5MHz，3.3V单片机的频率为：8MHz12MHz，如果精度的要求不高时，我们就能够使用内部时钟，但是因为存在制造误差以及温漂，所以要以实际测试为标准；一共4个16位定时器；其中有两个与传统的8051兼容的定时器或者计数器，16位定时器T0和T1，不存在定时器2，但是拥有独立的波特率的发生器、进行串行通讯的波特率发生器，还有2路PCA模块可以再实现2个16位定时器；存在2个时钟输出端口，能够由T0的溢出在P3.4/T0上输出时钟，能够由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；外部中断I/O口7路，在传统的下降沿发生中断或者低电平触发中断,并新增支持在上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式能够由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可以通过寄存器来设置到P4.2 )，CCP1/P1.4 (也可以通过寄存器来设置到P4.3)；A/D转换, 10位精度ADC，一共8路，它的转换的速度能够达到250K/S(每秒钟25万次)；将全双工异步串行口(UART)通用，因为STC12是高速的8051，能够用定时器或者PCA软件来实现多串口；STC12C5A60S2系列存在双串口，后缀存在S2标志的才会有双串口，RxD2/P1.2(能够通过寄存器将其设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可以通过寄存器设置到P4.3)；STC12C5A60S2系列的单片机的A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0）,有8路10位的高速A/D的转换器，其速度能够达到250KHz（25万次/秒）。8路电压的输入型A/D，可以用做温度检测、电源电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位之后P1口则为弱上拉型I/O口，用户能够由软件设置将8路中的任意一路设置为A/D转换，也不需要作为A/D使用的I/O口能够继续作为I/O口使用。但是要注意的是：需要作为AD使用的端口需要先将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置设置为“1”，将相应端口设为模拟功能。I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接。74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口，还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或者用双CPU，三线通信，还多了串口。（2）复位电路单片机系统的复位方式有两种，分别是手动按钮复位和上电复位。51系列单片机复位信号均是从引脚RST输入至芯片内的施密特触发器中。当振荡器运行时，在引脚RST上出现的两个机器周期高电平使单片机复位。若只需单片机上电源就可以复位，则要在单片机外围加一个复位电路，该复位电路的功能是在系统上电时为单片机提供一个复位信号，直到系统电源稳定，再撤销复位信号。为消除电源开关闭合引起抖动对复位的影响，在电源稳定后要经过一定的时延再撤销复位信号。单片机在启动时要进行复位操作，为了使系统各部件及CPU处于稳定的初始状态，并从该状态开始工作。当系统处于正常工作状态时，并且振荡器稳定后，若在RST引脚上有一个高电平并维持24个振荡周期(2个机器周期)以上，那么CPU便能响应并对系统复位。（3）时钟电路STC12C5A60S2单片机的工作频率在0-48MHz，芯片内部有一个反相放大器的输入端和输出端，通常用来连接晶体振荡器，它的外接晶体引脚为XTAL1与XTAL2。外接的晶体和电容组成一个并联谐振回路，构成一个自激振荡器，其作用是向内部的时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率在4MHz-48MHz之间选择，振荡器的频率由晶体的振荡频率决定，晶体频率选择12.000MHz；电容对时钟频率有微调作用，可以在5-100pF之间选择，通常取大约47pF的瓷片电容。3.2 数据采集电路设计3.2.1 食物电阻测量电路设计对食物中的电阻进行检测，需要自己搭建一个电阻检测网络，主要的搭建思想是：由于单片机不能直接识别电阻，但可以直接识别电压，故而采用分压原理来设计电路。先通过查询参考文献和自己用万用表对食物电阻进行测量（以馒头为例），得出新鲜馒头中的电阻大概在400k-1M左右，而腐败的馒头的电阻大约在200-400k之间。在A点检测出电压，并输出至P1.5，通过单片机处理，在显示屏上输出电阻值。探针是采用音响接头暂时代用。电阻检测电路如图3.4所示。图3.4 电阻检测电路3.2.2 食物水分测量电路设计水分信号采集传感器主要是由电源的滤波电路、晶振、施密特触发器、探针及真有效值检测器等组成，电源的滤波电路是用于减少或消除低电位跳跃及电源噪声。从而为电路中的各单元以提供稳定地工作电压；晶振是用来生产一个单一的频率的高频的振荡的信号，经施密特触发器的整形后成波形而标准地方波信号，是传感器测量时的激励信号；信号衰减器可以将方波的激励信号的幅度，衰减后再加在探针上。真有效值检测器是用于将插入待测馒头中的探针上进行真有效值转换，以将探针上的波形信号以等效的电压值输出，作为整个水分信号采集传感器的输出信号10。利用水分信号采集传感器来采集食物中的水分，所采用探针型号为YL-69，水分传感器探针图如图3.6所示。图3.6 水分传感器探针图水分信号采集传感器电路原理图如图3.7所示。图3.7 水分信号采集传感器电路原理图现以馒头为例，当馒头水分含量达到40%时，测得的对应电压为2.8V，且二者之间关系基本呈幂函数关系，由此得出馒头水分含量与反馈电压之间的关系公式为： （3.2）3.2.3 室内温度测量电路设计DHT11数字温度传感器是含有校准数字信号输出的温湿度复合传感器，他应用专用的温湿度传感器和数字模拟采集技术，具有很高的稳定性和可靠性。DHT11传感器内部含有一个NTC测温和一个电阻式感湿元件并与一个8位的高新能单片机相连接。在检测信号的时候，处理过程中传感器内部要调用校准系数，采用但限制的串行接口，使系统集成可以有较低的功耗。DHT11具有响应快速，抗干扰强、性价比高的优点。DHT11有四条引脚，两条为电源引脚，两条为输出数据引脚，由于DHT11才用的是单总线通信，所以只需将单片机的一个I/O端口与其连接就可以实现数据采集和传送，温度传感器原理图如图3.8所示。图3.8 温度传感器原理图DATA 用于单片机与 DHT11之间的同步和通讯，采用的是单总线的数据格式。一次的通讯时间在4毫秒左右，数据为整数部分。当前的小数部分是用于以后的扩展。现读出的为零。DHT11的特性参数如表3.1所示。表3.1 DHT11特性参数型号测量范围测湿精度测温精度封装DHT1120-90%RH 0-505%RH24针单排直插3.3 液晶显示与按键电路设计（1）液晶显示屏LCD12864LCD12864液晶显示屏原理图如图3.9所示。图3.9 液晶显示屏原理图带中文字库的LCD12864是一种采取8位或者4位并行、3线或者2线串行的多种接口的方式，它的内部存在着丰富的中文简体、中文繁体的字库以及图形液晶显示模块；它的显示分辨率每行会多达128，能够显示出4行，内置8192个1616点的汉字，以及128个168点的ASCII字符集。并通过这个模块灵活的接口方式以及方便的操作指令，能够很容易构成全中文的人机交互的图形界面。它能够全部显示84行、1616点阵的汉字，也能够完全进行图形显示。LCD12864它具有低电压、低功耗等显著特点。LCD12864显示块就是所说的点阵液晶的显示模块，它是由12864个液晶显示点所组成的一个128列和64行的阵列，因此也被叫做12864。每个显示点都会对应着将有一位二进制数，0表示灭，1表示亮。用来存储这些点阵的信息的RAM则被称做显示数据存储器。如果需要显示某一个图形或者汉字就是要将相应的点阵信息写入到与其相对应的存储单元中。图形或者汉字的点阵信息都是由自己所设计的，这个时候关键的问题是显示点在液晶屏上的位置及它在存储器中的地址之间的关系11。电源的范围3.3-5.0V。屏幕显示的分辨率：12864点。2MHz时钟频率。三种显示方式分别为STN、半透、正显。侧部高亮白色LED背光，功耗仅为普通较低。内置庞大的汉字字库，中文简体和中文繁体都可以自由选择。与主控芯片通信方式可选为串行和并行。内部工作存储温度范围：-20-（+60），正常工作温度：0-（+55）。LCD12864工有20个引脚，它的接口使用方法以下进行阐述并行接口引脚说明如表3.2所示。表3.2 并行接口引脚说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VCC3V-5V电源正极2VSS0V电源负极3V0-调整对比度4CS (RS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7-DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7-DB0的数据被写至IR或DR6EN(SCLK)H/L使能信号7-14DB0-DB7H/L三种状态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式；L：串口方式16NC-空脚17/RESETH/L复位，低电平为有效18VOUT-电压输出19AVDD背光电源，正20KVSS背光电源，负控制器接口信号RS和R/W的配合决定4种模式的选择，4种模式选择如表3.3所示。表3.3 4种模式选择RSR/W功能说明LL写指令至指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF），地址记数器（AC）的状态HL写入数据到数据暂存器（DR）HH从数据暂存器（DR）中读取数据使能信号如表3.4所示。表3.4 使能信号E状态执行动作结果高低I/O缓冲DR配合/W进行写数据/指令高DRI/O缓冲配合R进行读数据/指令低/低高无动作带中文字库的LCD12864是一种具有4位或者8位并行、2线或3线串行多接口方式，引脚功能见表3.5，显示器分辨率为12864，内置了8192个1616点的汉字，和128个168点的ASCII字符集。利用其接口方式的灵活和简单，操作指令很方便的，可以形成全中文的人机交互图形界面，可以来显示84行的1616点阵的汉字，也能实现图形显示以及低功耗低电压又是其一显著特点。因此在硬件电路的连接方式还是在软件的设计都比较容易，该液晶显示器与同类型的液晶显示器相比，性价比很高，最后从价格方面此模块也比较适中11。表3.5 LCD12864液晶显示器引脚功能表编号名称引脚说明编号名称引脚说明1VSS电源地11DB4三态数据线2VDD电源正极12DB5三态数据线3V0对比度调整13DB6三态数据线4RS(CS)显示数据14DB7三态数据线5R/W读/写选择端（H/L）15PSB传输方式6E使能信号NC悬空7DB0三态数据线17RESET复位端，低电平有效8DB1三态数据线18VOUT驱动电压输出端9DB2三态数据线19A背光源正极10DB3三态数据线20K背光源负极液晶显示器LCD12864与单片机STC12C5A60S2采用并行数据输出方法。RST接P2.0、EN接P2.3、CS1接P2.2、CS2接P2.1、VO接10k滑动变阻器调节亮度。D0到D7接P0口。（2）按键电路设计本设计采用了独立式键盘电路，这种键盘使用单片机的I/O口线直接连接，每个按键对应一根口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的状态。键盘的工作方式可分为编程控制方式和中断控制方式，设置各个口线为输入模式，通过中断方式或者软件查询方式获取各个口线是否有键按下的信息在如图3.7所示的键盘中，有键按下则口线端电平为高，否则为低电平。第一个按键实现复位功能，第二个实现开始计时功能，第三个实现结束以及语音播报的功能。3路独立按键电路如图3.10所示。图3.10 3路独立按键电路3.4语音播报电路设计SYN6288提供一组全双工的异步串行（UART）通讯接口，实现与主控芯片的数据传送，控制器可通过TxD和RxD以及GND向SYN6288语音合成芯片发送控制命令和文本信息，SYN6288把接收到的语音信号输出，输出信号经功率放大器进行放大连接到喇叭进行播放，允许发送的数据最大长度为206字节。主控芯片以命令帧的方式向SYN6288芯片发送命令，SYN6288芯片接收命令执行，并向主控芯片返回命令执行结果。芯片支持的命令帧的格式为：“帧头FD+数据区长度+数据区”格式。（最大206个字节）。主控芯片的所有命令和数据都需要用“帧”的方式进行封装后传输。芯片默认初始化的波特率为9600bps，起始位为1，数据位为8，无校验位，停止位为1，无流控制。SYN6288的电路连接图如图3.11所示。图3.11 SYN6288的电路连接图4软件程序设计4.1 主程序设计食物腐败变质检测电路的设计中分别定义了：A/D转换子程序、数据显示子程序、语音播报子程序、延时子程序等。主程序通过调用这几个子程序来实现设计的各项功能。延时子程序穿插于各个子程序之间频繁调用，故流程图中不再画出。程序的主体设计流程图4.1所示。图4.1 主体设计流程图程序开始运行时，首先进行初始化，并播报预先设计好的语音内容：“欢迎使用”。然后开始模拟数据采集，包括当前室温、食物的电阻和水分信息，将采集到的信息发送至单片机处理，按下按键，将测得数值与预先设定的标准值进行比对，接着进入液晶显示子程序。在液晶显示屏上显示电阻、水分和温度，最后进入语音播报子程序，语音播报出食物能否食用的结果：若食物正常，则播报：“食物正常，请放心食用”；若食物腐败，则播报：“食物已腐败，请勿食用”。若按下复位键则再次运行主程序。4.2子程序设计子程序包括电阻检测电路子程序、水分检测子程序和温度测量子程序，分别定义了电阻、水分和温度的地址，同时通过定时器1来实现计时功能。4.2.1 电阻检测电路子程序电阻检测子程序流程图如图4.2所示。初始化后采集食物电阻信息，并送入单片机内处理。 图4.2 电阻检测子程序流程图将数据端定义在P1.5，通过公式计算，将模拟量转化为数字量。关键语句为：dianzu1 = GetADCResult5();dianzu1=500- dianzu1 ;dianzu = (uint)(25500/dianzu1) - 100;4.2.2 水分检测子程序水分检测子程序流程图如图4.3所示。在初始化之后，开始检测食物水分，并将数据送入单片机内进行处理，测量结果在显示屏上进行显示。图4.3 水分检测子程序流程图将数据端定义在P1.0，通过公式计算，将模拟量转化为数字量。关键语句为：water = GetADCResult();lcd_wcmd(0x8b);water=5712/water;/水分部分4.2.3 温度测量子程序温度测量子程序流程图如图4.4所示。在初始化完成后，开始测量当前室内温度，在单片机内处理完成后在显示屏上进行显示。 图4.4 温度测量子程序流程图温度数据传输端设在P3.4，通过测量与处理，将模拟量转化为数字量。关键语句为：:while (-k);while (-j); while (-i);uchar receive_byte()uchar i,temp;for(i=0;i8; i+)count = 2;4.2.4 液晶显示子程序 在系统上电后首先对LCD12864初始化，使其硬件做好一切准备，接着在执行在大循环里执行LCD12864液晶屏显示程序，在没有按键触发的情况下始终在界面显示的子程序里。计时时间显示为000，数据端是P0口。液晶显示子程序流程图如图4.5所示。图4.5 液晶显示子程序流程图4.2.5 语音播报子程序设计的语音播报子程序流程图如图4.6所示。语音播报子程序是在初始化之后，播报“欢迎使用”，然后在进行电阻、水分值判断后进行播报食物是否能够食用的结果。图4.6 语音播报子程序流程图当初始化完成后运行语音播报子程序。设计语音播报部分在开机时即播报提前写好的语音文本：“欢迎使用”，在插入探针进行测量食物电阻和水分时，按下开始按键，即开始测量计时，按下结束按键时，即开始播报语音内容，若判断食物正常，则播报：“食物正常，请放心食用”；若判断食物腐败变质，则播报：“食物已腐败，请勿食用”。语音播报子程序关键语句为：unsigned char *huhu = 欢迎使用;void main() UartIni();TI=1;delayms(200);while(1) xianshi12864();/128