黄曲霉素检测装置

1、毕业设计题目：黄曲霉素检测装置设计 TOC o 1-5 h z 专业：班级：姓名：学号：企业指导教师：日期：目录黄曲霉素的检测装置2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1引言3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 黄曲霉素简介3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 设计任务3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2黄曲霉素检测装置的工作原理及结构 4 HYPERLINK l bookmark10 o Curre

2、nt Document 黄曲霉素检测装置示意图 4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 工作原理4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 黄曲霉素的检测器的工艺流程 5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3相关仪器的选择5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 紫外线LED灯的选择5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 激光聚焦镜片的选择 6 HYPERLIN

3、K l bookmark22 o Current Document 玻璃滤光片的选择 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4黄曲霉素检测装置相关零件的设计 7 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 聚光镜和滤光镜的组合体零件设计 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 扇形支撑板零件设计 8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 电动推杆的零件设计 8 HYPERLINK l bookmark34 o C

4、urrent Document 5自动化系统设计8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document C51单片机概述8单片机的应用领域 9在工业控制中的应用 9 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 在智能仪器中的应用 9 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 在家用电器中的应用 9 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 在信息和通信产品中的应用 9 HYPERLINK l bookmark47 o Current Doc

5、ument 在办公自动化设备中的应用 10 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 在汽车电子产品中的应用 10芯片的选择10单片机白确定10 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 单片机白勺结构 10 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 传感器白选择 13 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 交流继电器的选择 13 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 6系统硬件

6、电路设计 14 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 电源电路设计 14 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 传感器电路设计14 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 蜂鸣器电路设计15 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 继电器电路设计16 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 7系统程序及软件设计 16 HYPERLINK l bookmark72 o Cur

7、rent Document 流程图及软件整体机构设计 16 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 黄曲霉素检测装置程序的工作过程 178结语1919 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 附图1黄曲霉素检测装置图 19 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 附图2检测装置示意图 20 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 附图3电路仿真图20黄曲霉素的检测装置摘要：随着人们生活水平的愈加提高，人们在满足温饱的前提

8、下越来越注重食品 的安全，粮食产品中的主要污染物之一的黄曲霉素越来越受到人们的关注。黄曲霉素的分子为真菌毒素，是一种剧毒物质和强致癌物质，黄曲霉毒素的危害性在 于对人及动物肝脏组织有破坏作用，严重时可导致肝癌甚至死亡。在天然污染的食品中以黄曲霉毒素B1最为多见，其毒性和致癌性也最强。所以黄曲霉素及时、 快速、高效地检测对食品的安全具有重要的意义。本课题主要研究的是发明一种对粮食产品中的黄曲霉素进行快速检测的装置。我国当前对黄曲霉素的检测的仪器都价格昂贵，耗时较长，远远无法达到市 场的需求。所以本研究采用紫外线LED灯作为发光源，利用利用光电二极管进行 荧光型号的采集和光电转换，设计出一种简单、

9、快速测量黄曲霉素的装置。关键词：黄曲霉素；紫外线LED光电二极管；荧光1引言黄曲霉素简介黄曲霉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 存在于霉变的粮食农产品中，世界各国的粮食农产品普遍受到黄曲霉毒素的污 染。目前已知的黄曲霉素及其衍生物有 20多种，即B1 (AFB1)、B2 (AFB2)、 G1(AFG1)、 G2 (AFG2)等 20 种。黄曲霉素B1是其中毒性最大的一种，有实验数据显示，其剧烈的毒性比人 们熟知的氟化钾强10倍左右。其毒素主要作用于人或动物的肝脏，具有诱导突 变、抑制免疫和致癌的作用。因此，对粮食农作物中黄曲霉毒的检测是保证食品 安全性和人们身体健康

10、的有效措施。提前获得粮食农产品受到黄曲霉素污染的情 况对人们的身体健康非常有益，快速准确地检测出粮食农产品中黄曲霉素的含量 是实现这个目标的重要过程。设计任务现发明农作物中黄曲霉素的快速检测装置。 设计要求：包括数据显示和检测 器，检测器是由紫外线LE次元件构成，探测器端和数据显示连接；在上述黄曲 霉素快速检测装置中，数据显示器上设有数据显示屏；数据显示器上设有控制旋 钮。2黄曲霉素检测装置的工作原理及结构黄曲霉素检测装置示意图图1黄曲霉素检测装置示意图1控制键；2人机交互界面；3法兰盘；4电动推杆；5一主箱体上盖；6 一电路板；7光电二极管；8玻璃滤光镜；9激光聚焦镜；10气泵；11- 紫外

11、线LED图2黄曲霉素检测装置设计方案工作原理本装置的整体形式是一个密封的长方体箱体结构。黄曲霉素的快速检测装置 主要是由密封箱体、光电二极管、玻璃滤光片、激光聚焦镜片、紫外线 LED和固 定架等部件构成。主箱体的侧盖安装可以自由活动的钱链， 这样可以方便的打开 箱体，便于样品的放置。固定架主要用于固定紫外线 LED装置在使用时，将箱体的侧盖打开，将适量的样品放置在样品台上，关闭箱体的侧盖并打开控制键，则紫外线LED灯开始发射光源照射样品。让紫外线先照 射样品一段时间，当光源平稳之后，在打开挡板，使之样品反射光经过激光聚焦 镜的聚集和玻璃滤光片的过滤，最后将过滤后的荧光照射在光电二极管上。光照引

12、起光电二极管的电流变化，这样就可以将光信号转变成电信号， 最后在利用人 机交互界面和相关的程序对其产生的光谱进行分析比对，确定其是否含有黄曲霉素。黄曲霉素的检测器的工艺流程20ml石油醒V花生等农作干燥粉碎. I水浴恒温振荡器振50ml甲醇xI I:布氏漏斗抽检测图3黄曲霉素检测的工艺流程3相关仪器的选择紫外线LED灯的选择经过相关参数的确定，此黄曲霉素的检测装置采用直插式的紫外线L ED, 型号为TH UV 3 6 5 S 1 E 5 ,其光谱的分布范围是3 6 5 3 7 5 n m ,中心波长为3 7 0 n m ,直径为5nm ,发射角度为100 1200,直流2 0 0 mA，正向工

13、作电压为3 . 2 3. 8V。此紫外线LED作为发射光源，具中心波长与荧光激发吻合的很好，同时该产 品还具有波长准、能量高、光衰低、寿命长、光效好、无色差等特点。该检测器 上将多个紫外线L ED以圆形的方式在空间内进行分布，在MC U的控制下，以一定的光照强度和频率发射紫外线照射被检测样品。注意：(1)焊接紫外线LED时，要注意其焊接时间，焊接温度，另外还要分清正 负极。(2)使用的整个工程中，所有与紫外线LED直接接触的人员都要做好防止 和消除静电的措施，切勿直接用手触摸紫外线二极管。(3)使用过程中，电流电压等电气参数都不能超过额定值。激光聚焦镜片的选择光电转换环节是实现光电检测的核心部

14、分， 其主要作用是将荧光信号转换成 电信号。要使黄曲霉素发出的荧光与荧光探测器实现合理和完美的匹配，需要对荧光信号进行必要的处理。由于击中黄曲霉素的紫外线转换为荧光的效率只有1 8 %左右。所以要想获得相对强度较高的荧光，应采取激光聚焦镜片对其荧光进 行聚集。经过分析，本黄曲霉素检测器采用BL 2 . 0激光聚焦镜片。其直径为2 0mm,焦距为5 0. 8mm,采用国产特级CVD硒化锌，其形状为月牙状。 可承受高功率密度，表面膜层牢固，不易脱落，减少或消除光学表面杂光，有效 增加组件透光率。该激光聚焦镜片的透光率可达9 8 %左右。 注意：(1)不可以采用任何工具来取镜片，必须戴着手套来进行拿

15、取。(2)镜片要放在镜头纸上，不可以放在有粗糙表面或硬表面的物体上。(3)清洗时，不可以用嘴去吹镜片表面的浮沉，要用专门的吹气球进行消 洗。(4)用丙酮、丙醇沾湿棉签或棉球，轻快的擦洗镜片表面。玻璃滤光片的选择经过激光聚焦片的聚集之后，在荧光光路中还存在散射光和杂质光，这些杂 质光产生的光谱会影响到黄曲霉素光谱的质量，所以想办法将其过滤掉，这些才 能准确的保证黄曲霉素光谱分析的正确性。查阅相关的数据后得到紫外线的截止波长最长是400mm所以选择玻璃滤光片的截止波长为400mm此外，还为了保证黄曲霉素光谱分析的准确性，所选择 的玻璃滤光片的截止率在99犯上。4黄曲霉素检测装置相关零件的设计黄曲霉

16、素检测装置的箱体设计图4黄曲霉素箱体零件图聚光镜和滤光镜的组合体零件设计图5组合体零件图扇形支撑板零件设计图6扇形支撑架零件图电动推杆的零件设计图7电动推杆零件图5自动化系统设计C51单片机概述单片机(Microcontrollers )是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电 路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU随机存储器RAM只读存储器ROM 多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉 宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一 个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。单片机是单片微型计算机的简称。 微型计算

17、机具有体积小，功耗低，价格 低，可靠性高，开发使用简便等一系列优点，自问世以来得到了非常广泛的应用。 其发展逐步形成两大分支，一是 PC机，PC机主要用于高速数据处理，兼顾控制功能。二就是单片机，单片机主要用于控制单片机的应用领域在工业控制中的应用工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制、数据采集、运算处理、数据通信等用途。单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能，作为底层检测、控 制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单排年级的结构特点使其更容易发挥其集机械、微电子和计算机技术

18、于一体的优势。在智能仪器中的应用内部含有点片剂的仪器系统称为智能仪器，也称为微机化仪器。这类仪器大 多采用单片机进行信息处理、控制及通信，与非智能化仪器相比，功能得到了强 化，增加了诸如数据存储、故障诊断、联网集控等功能。以单片机作为核心组成 智能仪器表已经是自动化仪表发展的一种趋势。在家用电器中的应用单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌入，非常适合于对家用电器的控 制。嵌入单片机的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种 试听设备等。在信息和通信产品中的应用信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，其中许多功

19、能的完成都离不开 单片机的参与。这里最具代表性和应用最广的产品就是移动通信设备，例如手机 内的控制芯片就是属于专用型单片机。另外在计算机外部设备中，如键盘、打印 机中也离不开单片机。新型单片机普遍具备通信接口，可以方便地和计算机进行 数据通信，为计算机和网络设备之间提供连接服务创造了条件。在办公自动化设备中的应用现在办公自动化设备中大多数嵌入了单片机控制核心。如打印机、复印机、 传真机、绘图机、考勤机及电话等。通过单片机控制不但可以完成设备的基本功 能，还可以实现与计算机之间的数据通信。在汽车电子产品中的应用现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和 运行监视器等装置中

20、都离不开单片机。特别是采用现场总线的汽车控制系统中， 以单片机担当核心的节点通过协调、高效的数据传送不仅完成了复杂的控制功 能，而且简化了系统结构止匕外，单片机在其他等领域也都有着十分广泛的用途。单片机的应用意义远 不限于它的应用范围广和由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了 传统的控制方法和设计思想，是控制技术达到一次革命，是一座重要的里程碑。芯片的选择单片机的确定通过对黄曲霉素检测装置的分析，根据单片机优缺点，本检测装置选择 AT89C5律片机作为检测系统的“大脑”。通过上面白叙述，AT89C5描足设计任务。因此，本系统选择 AT89C5律片 机作为核心控制对象。单片机的结构(1

21、)、AT89C5律片机内部包含以下一些功能部件：一个8位CPU一个片内震荡器；4KB的ROM 128*8字节内部RAM可寻址64KB 的外RO防口外RAMK制电路；两个16位定时/计数器；21个特殊功能寄存器；四 个八位并行I/O 口，可编程I/O端线三十二个；一个全双工可编程用行口；5个中断源。AT89C5律片机的封装方式是双列直插 DIP封装，图7为单片机引脚排列图。40个引脚大致可分为四类：电源、时钟、控制和I/O引脚1PIOPOOPllF01Pl3pgP13PCSP14P04P15POJ3S23芋3374365ms行3%7会P16POpPl?F07NT1P20NTDPHT1P23TOP

22、J4_.皿EA/VPP 第P2?mRESETR3CD_TXDRDALETPWRPSENS3221心)二 a152414二，31如2719滤，101Sg1130讴二g图8 AT89C51弓I脚排歹【图图9 AT89C51的实物图(2)电源引脚VCC(Pin40):正电源引脚。单片机的正常工作电压为 +5V;GND(Pin20):接地弓I脚。(3)时钟引脚时钟引脚的作用是为单片机提供工作时序。XTAL1(Pin19)、XTAL2(Pin18)反相输入端和输出端，如图10所示。C1U1(4)控制信号引脚四根控制线，三根重复使用线：PSEN (Pin29) 外ROMS选通信号。80C51访问外ROM寸

23、，每个机器周期内PSEN有两次输出。反之，PSEN没用。PSEN可驱动8个LSTTL门电路RST/Vpd (Pin9) 复位/备用电源。正常工作时，RST( Reset)端的作用是复位，当该引脚上连续保持两个机器 周期以上的高电平，80C51芯片即可以复位，复位后一切从头开始，单片机从00H 开始。其复位方式有自动复位和手动复位两种方式，如下图 11和图12所示。图11自动复位图12手动复位ALE/PROG(Pin30)地址锁存允许/片内EPRO端程脉冲。EA/VPP (Pin31) 内外ROMS择/片内EPRO褊程电源。(5)输入/输出引脚(I/O 口线)P0 口(Pin32Pin39) P

24、0 口能驱动 8 个 LSTTL门。(DP1 口(Pin1Pin8)P1 口能驱动为 4 个 LSTTL、。0)P2 口(Pin21 Pin28)8 位准双向 I/O 口，P2 口能驱动 4 个 LSTTL 门。P3 口(Pin10 Pin17) 8位准双向I/O 口，P3 口驱动能力为4个LSTTL 门。传感器的选择根据黄曲霉素快速检测装置的需求，采用一般传感器就能很好的满足使用要 求。开关传感器一一当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。故采用开关传感器。交流继电器的选择交流继电器是一种适用于频繁操作交流主回路及大容量控制电路的自动控 制开关电

25、器。当交流继电器通电时，带动主触头闭合，接通主电路，同时其辅助 触点随之动作，从而达到控制开关作用。所以本设计中选用交流接触器。6系统硬件电路设计电源电路设计交流220V电源经变压器降压再经过整流、滤波和稳压后得到适合单片机的 工作电压。原理图如图12所示。220VD1T1BRIDGE1D5N INSW-SPST+ C2LM25.名OUTVCCCAPACITORTOC3CAPTRANS1图13开关电源电路传感器电路设计由于采用应变式压力开关传感器，阀值的变化使得电压的变化，并经过电桥 或者点位差计的测量线路，从而得出压力的变化，经放大后输出。根据这一原理 在Proteus仿真中利用A-D转换，

26、也就是实现模拟量到数字量的的转换， 在仿真 软件中选用转换芯片TLC549其引脚说明如下：REF+:基准电压高端，通常接 VccREF-:基准电压低端，通常接地AIN:模拟电压输入端CS:片选端，低电平有效SCLK:时钟端这个芯片共有六个引脚，REF利REF-分别接电压和接地。AIN是模拟电压测 量输入，当然是接需要测量的模拟电压端9。剩余三个引脚接单片机，SDO是 转换结果输出。CS是片选信号，SLC此时钟彳S号，2个信号是单片机控制 A-D 转换芯片进行A-D转换的信号。如图14所示。SDO AIN 寸一CS REF+ -uSCLK REF-TLC549_V vcc图14传感器电路图蜂鸣器

27、电路设计本设计中蜂鸣器的作用是在最后程序结束，起到提醒人们程序技术的作用。蜂鸣器是51单片机应用系统最常见的发声器件，常常用于需要发出声音进 行报警、提示错误、操作无效等场合。按照工作原理，蜂鸣器可以分为压电式蜂 鸣器和电磁式蜂鸣器，前者又被称为有源蜂鸣器，后者被称为无源蜂鸣器。蜂鸣器不能直接连接到单片机的引脚，因为它需要较大的电流驱动才能发 声。这里蜂鸣器的一端接一个晶体管，用单片机的引脚控制晶体管的基极，从而 控制晶体管的导通和截止。根据晶体管的原来，基极电流很小，集电极到发射极 的电流很大，这样单片机就用小电流控制了大电流， 最终控制蜂鸣器的开启和关 闭。蜂鸣器的开启和关闭只能听到“咔”

28、的一声，这是因为发声需要一定的导通 和关闭的频率，即音频，频率高声音就尖，频率低声音就柔和。所以要通过改变 开启和关闭蜂鸣器的时间结构，就可以改变发声的频率，就可以使蜂鸣器发声。 电路原理图如图15所示。图15蜂鸣器电路继电器电路设计本设计要控制三相异步电动机和步进电机， 由于控制电路很大，所以采用继 电器控制交流接触器，交流接触器再控制电动机正反转。继电器是一种电子控制器件，在应用系统中起着很重要的作用，在51单片机系统中常常用于通断控制。继电器部分包括控制线圈和3个引脚，一个引脚接电源，一个是常开节点， 另一个是常闭节点。继电器没有通电时，常闭节点构成断路。继电器通电时，线 圈吸合，常开节

29、点闭合，交流接触器 KM马电，控制电动机正反转。由于继电器通电的电路也很大，不能采用单片机直接控制，需要用晶体管驱 动，用晶体管做开关电路，用单片机控制晶体管的基极控制晶体管的导通和截止， 从而控制继电器的通电和关闭。如图 16所示。图16继电器电路设计7系统程序及软件设计流程图及软件整体机构设计根据要求，黄曲霉素检测装置的控制主程序流程图如图13所示。检测装置通 上电以后，单片机上电，首先进行程序的初始化，包括定时器，外部中断等初始 化，以及各参数初始值的设定。当启动键按下以后，检测装置进入工作状态，完 成粉碎一一抽取一一震荡一一过滤取样的循环过程。当振动结束时候，蜂鸣器发 声工作，表示工作

30、过程结束。黄曲霉素检测装置程序的工作过程黄曲霉素检测装置的工作步骤主要如下：总开关按下，开始检测黄曲霉素装置是否可以正常工作。检测无误后，粉碎机开始工作，对其农作物进行粉碎。粉碎完毕以后，泵1开始工作，对其粉碎物进行抽样。抽样完毕后，泵2和泵3开始工作，分别向水浴恒温振荡器中通入50ml的甲 醇和20ml的石油醴。水浴恒温振荡器开始工作，对其样品的水溶液进行振荡。泵4开始工作，对其振荡后的水溶液进行过滤抽样。开始检测。检测完毕，蜂鸣器报警提醒。流程图如下：开始总开关键按下粉碎机开始工作泵2、3开振荡器工作泵4开图17黄曲霉素检测装置工艺流程框图结语本文完成了黄曲霉素检测装置的设计，首先对整个工

31、艺过程进行了分析，在此基础上 对机械结构进行了设计，同时对控制过程进行了自动化设计和仿真，全面完成了该设计任务。 本文所做结论如下。附录：附图1黄曲霉素检测装置图附图2检测装置示意图附图3电路仿真图E二二t二L L三二-r.J附件4仿真程序#include / 器件配置文件#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit wei_1=P2A0;/ 3个数码管位选sbit wei_2=P2A1;sbit wei_3=P2A2;sbit MC0=P3A7;sbit MC1=P1A0;/sbit MC2=P1A1;sbit MC3=P1A2;sbit MC4=P1A3;sbit MC5=P1A4;sbit MC6=P3A6;sbit BZ=P1A7;sbit LED=P1A6;sbit k1=P2A0;/2 个按键sbit k2=P2A1;uint jishu;uchar moshi;void delay(uint z)/1MS 延时(uint a,b;for(a=z;a0;a-)for(b=120;b0;b-);)void key()(if(k1=