董鄂宛宁-
毕
业
设
计
题
目:
黄曲霉素检测装置设计
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
1
引言
.................. .................................................. .................................................. .........................
3
1.1
黄曲霉素简介
.
................... .................................................. ...............................................
3
1.2
设计任务
.
........... .................................................. .................................................. .............
3
2
黄曲霉素检测装置的工作原理及结构
.
........... .................................................. ..........................
4
2.1
黄曲霉素检测装置示意图
.
.............. .................................................. ................................
4
2.2
工作原理
.
..................... .................................................. .................................................. ...
4
2.3
黄曲霉素的检测器的工艺流程
................................................. ........................................
5
3
相关仪器的选择
.
.................... .................................................. .................................................. ...
5
3.1
紫外线
LED
灯的选择
................................................ .................................................. .....
5
3.2
激光聚焦镜片的选择
.
.................................................. .................................................. ....
6
3.3
玻璃滤光片的选择
.
.. .................................................. .................................................. ......
6
4
黄曲霉素检测装置相关零件的设计
.
............................................. ..............................................
7
4.2
聚光镜和滤光镜的组合体零件设计
.
.................................................. ..............................
7
4.3
扇形支撑板零件设计
.
................ .................................................. ......................................
8
4.4
电动推杆的零件设计
.
................ .................................................. ......................................
8
5
自动化系统设计
.
............... .................................................. .................................................. ........
8
5.1C51
单片机概述
... .................................................. .................................................. ...........
8
5.2
单片机的应用领域
.
............................................. .................................................. .............
9
5.2.1
在工业控制中的应用
.
......................................... .................................................. ..
9
5.2.2
在智能仪器中的应用
.
. .................................................. ..........................................
9
5.2.3
在家用电器中的应用
.
.... .................................................. .......................................
9
5.2.4
在信息和通信产品中的应用
.
........... .................................................. ....................
9
5.2.5
在办公自动化设备中的应用
.
........... .................................................. ..................
1
0
5.2.6
在汽车电子产品中的应用
.
............ .................................................. .....................
1
0
5.3
芯片的选择
.
.................... .................................................. ................................................
1
0
5.3.1
单片机的确定
.
...... .................................................. ...............................................
1
0
5.3.2
单片机的结构
.
...... .................................................. ...............................................
1
0
5.3.3
传感器的选择
.
...... .................................................. ...............................................
1
3
5.3.4
交流继电器的选择
.
.... .................................................. .........................................
1
3
6
系统硬件电路设计
.
........ .................................................. .................................................. .........
1
4
6.1
电源电路设计
................................................. .................................................. ................
1
4
6.2
传感器电路设计
.
......................................... .................................................. ...................
1
4
6.3
蜂鸣器电路设计
.
.................. .................................................. ..........................................
1
5
6.4
继电器电路设计
.
....... .................................................. .................................................. ...
1
6
7
系统程序及软件设计
.
... .................................................. .................................................. ..........
1
6
7.1
流程图及软件整体机构设计
.
......................................... .................................................
1
6
7.2
黄曲霉素检测装置程序的工作过程
.
................................................. .............................
1
7
8
结语
.................................. .................................................. .................................................. .......
1
9
附录
:
............... .................................................. .................................................. .........................
1
9
附图
1
黄曲霉素检测装置图
.
....................... .................................................. ......................
1
9
附图
2
检测装置示意图
.
......................... .................................................. ............................
2
0
附图
3
电路仿真图
.
................ .................................................. ..............................................
2
0
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、快速测量黄曲霉素的装置。< br>
关键词:
黄曲霉素;紫外线
LED
;光电二极管;荧光
1
引言
1.1
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
们熟知的氰化钾强
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。
1.2
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
L ED
等元件构成,
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
2.1
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< br>—人机交互界面;
3
—法兰盘;
4
—电动推杆;
5
— 主箱体上盖;
6
—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
—
紫外线
LED
图
2
黄曲霉素检测装置设计方案
2.2
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铰链,
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< br>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。
2.3
黄曲霉素的检测器的工艺流程
布氏漏斗抽
检测
50ml
甲醇
花
生
等
农
作
干燥
粉碎
水浴恒温振荡器振
荡
20ml
石油醚
图
3
黄曲霉素检测的工艺流程
3
相关仪器的选择
3.1
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LED。
型号为TH-UV365S1E-5,其光谱的分布范围 是365-375n
m,中心波长为370nm,直径为5nm,发射角度为100-120 0,直
流200mA,正向工作电压为3.2-3.8V。
此紫外线
LED
作为发射光源,其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LED以圆形的方式在空间内进行分布,< br>在MCU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。
3.2
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50.8mm,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98%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清
洗。
(4)用丙酮、丙醇沾湿棉签或棉球,轻快的擦洗镜片表面。
3.3
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< br>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%
以上。
4
黄曲霉素检测装置相关零件的设计
4.1
黄曲霉素检测装置的箱体设计
图
4
黄曲霉素箱体零件图
4.2
聚光镜和滤光镜的组合体零件设计
图
5
组合体零件图
4.3
扇形支撑板零件设计
图
6
扇形支撑架零件图
4.4
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
5.1C51
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
、< br>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。
5.2
单片机的应用领域
5.2.1
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
于一体的优势。< br>
5.2.2
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。
5.2.3
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。
5.2.4
在信息和通信产品中的应用
< br>信息和通信产品的自动化和智能化程度很高,
其中许多功能的完成都离不开
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。
5.2.5
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。
5.2.6
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
此外,
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。
5.3
芯片的选择
5.3.1
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
AT89C51
单片机作为检测系统的“大脑”
。
通过上面的叙述,
AT89C51
满足设计任务。因此,本系统选择
AT89C5 1
单片
机作为核心控制对象。
5.3.2
单片机的结构
(
1
)
、
AT89C51
单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
;< br>可寻址
64KB
的外
ROM
和外
RAM
控制电路;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;一个全双工可编程串行 口;
5
个
中断源。
AT89C51
单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。
图
8 AT89C51
引脚排列图
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
)
:
接地引脚。
(
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
(
Pi n18
)
——反相输入端和输出端,如图
10
所示。
图
10
外接石英晶振
(
4
)控制信号引脚
四根控制线,三根重复使用线
: < br>○
1
PSEN
(
Pin29
)——外
ROM
读选通信号。
80C51
访问外
ROM
时,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。
○
2
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
3
ALE/PROG
(
Pin30
)地址锁存允许
/
片内
EPROM
编程脉冲 。
○
4
EA/VPP
(
Pin31
)——内外
ROM
选择
/
片内
EPROM
编程电源。
○
(
5
)输入
/
输出引脚(
I/O
口线)
1
P0
口(
Pin32
—
Pin39
)——< br>P0
口能驱动
8
个
LSTTL
门。
○2
P1
口(
Pin1
—
Pin8
)——
P1< br>口能驱动为
4
个
LSTTL
门。
○
3P2
口(
Pin21
—
Pin28
)——
8
位 准双向
I/O
口,
P2
口能驱动
4
个
LSTTL< br>○
门。
4
P3
口
○
(
Pin10
—
Pin17
)
——
8
位准双向
I/O
口 ,
P3
口驱动能力为
4
个
LSTTL
门。
5.3.3
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——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。
5.3.4
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。
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
董鄂宛宁-
本文更新与2021-01-25 14:33,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:http://www.xapfxb.com/yuer/426566.html
-
上一篇:黄曲霉毒素的残留问题
下一篇:饲料原料中黄曲霉毒素的产生及防治