便携式潲水油检测仪系统设计.doc

便携式潲水油检测仪系统设计 刘磊LIULei；康敏航KANGMin-hang；李旭LIXu；任飞RENFei （西安工业大学光电工程学院，西安710021） 摘要：潲水油对人体的生命健康造成非常大的影响，严重危害着人类的身体健康。本文利用生物电阻抗的方法，研制了一种潲水油快速检测仪，该检测仪能够实时准确的检测受检油品的组织变化，为潲水油的判别提供可靠的依据。 关键词：潲水油；快速检测仪；ad5933；阻抗测量 ：R115：A：1006-4311（xx）24-0090-02 基金项目：受xx年国家级大学生创新创业训练项目资助，资助项目编号：xx10702018。 作者简介：刘磊（1992-），男，陕西咸阳人，西安工业大学xx级本科学生，研究方向为微机控制技术。 0引言 潲水油也叫地沟油、泔水油，是不法商贩将收集来的潲水，经过水油分离，过滤，去味等程序处理后，重新得到的油脂，流入食用油市场进行销售。潲水油会对人体产生不同程度的毒害，国内多个地方已发生由于食用潲水油引发中毒的事件，食品安全越来越受到政府和人们的高度关注。 潲水油的实时快速检测成为亟待解决的社会与技术难题，为了老百姓日常生活的食油安全，减少甚至根除潲水油给人民带来的严重危害，市场上急需准确、快速、便携式的潲水油检测仪器，因此，研究方便、快捷、准确、实时的潲水油检测仪就显得非常重要和必要。 1生物电阻抗频谱技术及其在潲水油检测中的优势 生物电阻抗频谱（BioimpedanceSpectroscopy，BIS）是近二十年以来随着测量技术的进步而发展起来的一种以多频率、复阻抗测量为基础的生物组织监测技术。 对于潲水油来说，油品中的不同物质改变了油品组织的导电特性，因此其阻抗频谱特性必然也会发生显著变化，使得潲水油的阻抗频谱特性与正常油品组织存在显著差异。因此，利用BIS技术来甄别潲水油成为可能。更重要的是，BIS测量周期很短，一般可以在1分钟以内实现从低频到高频几十个频率点的扫频测量，从而满足了快速、准确的检测需求。此外，由于BIS测量仪器小巧、便携，因此研制便携式的潲水油快速测量仪也成为可能。 2系统的硬件组成 本测量系统主要包括主控单元电路、二电极阻抗测量电路等，其中主控单元包括低功耗单片机STC12LE5A56S2、阻抗分析芯片AD5933、键盘、LCD显示、RS232串行通信口、复位及时钟系统、3.3V电源转换芯片LM1117。阻抗测量芯片AD5933通过二电极阻抗测量电路实现油品阻抗的二电极比例测量法测量，得到从低频到高频若干个频率点的类油类阻抗数据，单片机通过I2C总线获得AD5933所采集的阻抗数据，并可通过RS232串行通信口上传给PC机。系统的结构原理图如图1所示。 实际测量过程中，在PC机上调试好的程序通过UART下载到单片机上，然后启动AD5933进行测量，AD5933完成阻抗测量后将未校准的实部和虚部值发送到单片机，并在液晶显示器上显示，同时等待进一步的校准，单片机通过设置好的增益系数对模值进行校准，最后将校准的信息送到液晶显示。 AD5933是美国AD公司生产的新一代阻抗频谱测量一体化芯片，是一种高精密度的阻抗转换器系统解决方案，结合了一个片内的频率发生器和一个电源供电的12bit，1MSPS的ADC。该频率发生器允许使用高达100kHz的已知频率激励10020M范围的复数阻抗。该阻抗的响应信号被片内的ADC采样，然后由片内的DSP引擎进行傅里叶变换（DFT）处理。傅里叶变换（DFT）运算返回实部（R）和虚部（I）的数据字，从而可以方便地计算出阻抗。由于采用了AD5933阻抗频谱测量芯片，本系统大大简化了硬件设计，实现了仪器的便携式、低功耗设计。 3测量结果及判别方法 为了保证检测仪的硬件与软件都能进行正常测量，进行了油品实验，本课题选用了三杯等量的、油品不同的花生油作为测量样品，其中一杯为合格油品。系统测量的信号频率为30kHz-50kHz。实验时，插入三杯受检油品中的两个探针之间的距离均为10mm，两探针插入深度均为5mm。本次实验及测量结果如表1所示。 在获得了油品的实部及虚部数据之后，本文采用绝对值距离法进行油品的识别判断。当两个样本之间的绝对值距离越小，说明这两个样本相接近的可能性越大。本系统采用的是在30kHz-50kHz情况下，对合格花生油进行了100组定频测量，将测得的100组数据取平均值作为合格值。在固定的频率下，对待测油品进行测量，将测得的值与合格值进行比较，值越接近，两个油品越接近。 以信号源频率为30kHz为例，合格油品的实部3283，虚部2205，绝对值距离d为1078，d的范围为907-1230。为了简化计算时的难度，绝对值距离的计算只进行到个位。表2为30kHz下三杯受检油品的绝对值距离。 通过数据比较，待测油品1、2的绝对值距离均在测定的合格值范围内，相较而言，待测油品1要好于待测油品2。 4结论 本系统采用生物电阻抗技术，利用高精度的阻抗测量器件AD5933对受检油品的阻抗组织进行实时测量，通过计算受检油品的绝对值距离，和合格油品的测量数据进行比较，从而为受检油品的检测提供有力的判断依据，在一定程度保障了人民的生命健康。经过各种实验测试，该系统具有安全可靠、测量准确等优点。 参考文献： 1王可宁，王小攀，张雄星，等.AD5933在肉类阻抗谱测量系统中的应用J.西安工业大学学报，xx，33（10）：806-810. 2唐敏.生物电阻抗测量原理与测量技术J.生物医学工程学杂志，1997，14：152-155. 3罗赘，龚光隆，廖成