基于ARM乳粉成分检测仪的硬件研制

　　1　引　言

　　乳粉是我国乳制品最主要的品种,占到固态乳制品产量的65%,乳粉产值约占乳制品工业总产值的三分之一.然而乳粉成分质量的检测与控制仍然是乳品行业的薄弱环节之一.到目前为止,针对于乳粉成分的物理测试仪器,只有瑞典的波通公司除专业研制鲜乳成分测试仪之外还曾推出过8620型近红外乳粉成分分析仪.而ARM凭着其功能强,价格便宜和功耗低等优点成为开发仪器设备的首选.本文的乳粉成分检测仪硬件设计,以LPC2210微处理器为主控器,LPC2210是Philips公司推出的一款以ARM7TDMI-S为核心的、基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位的微控制器,通过配置总线, LPC2210最多可提供76个GPIO,并外加光强检测电路、A/D转换电路和显示电路等外围电路,共同构成一基于ARM核的嵌入式测试仪系统.整体硬件框图如图1所示.其中,为升级维护的方便性,其核心处理器采用了PACK插拔模块的形式.

　　2　乳粉成分检测原理

　　此乳粉成分检测仪的检测原理主要依据激光散透比理论.激光散透比是在光的入射平面内,同时90°处的散射光光强Is和测量0°处的透射光光强It两者的比值,用来表征乳粉成分含量的光学参量.由Mie理论知乳粉的乳浊液是一种浓缩分散体,其中脂肪球和酪蛋白胶束的颗粒较大,它们对入射光有很强的散射作用.乳粉乳浊液是稀溶液,则脂肪和蛋白质对光散射的相互干扰很小,根据比尔定律知

　　式中:I0是入射光光强;It1是从脂肪射出的透射光光强;It2是It1从蛋白质射出的透射光光强;μs1和μs2分别是乳粉中脂肪和蛋白质的宏观散射常数;ξ1和ξ2分别是脂肪和蛋白质的浓度;d是试样盒的通道长度.相对来说,散射光主要反映的是脂肪的信息,透射光主要反映的是蛋白质的信息,这两种光并不是与入射光成比例变化的,所以散透比的比值是有意义的,可以消除入射光的光功率漂移而引起的误差.从而弥补了传统光学检测仪器因为光源的光功率偏移而造成检测结果不准确的弊端.乳粉成分检测原理框图如图2所示.

　　3　仪器系统硬件设计

　　3·1　光强检测模块电路设计

　　光强检测模块电路性能的好坏直接影响到检测结果的准确性,所以此模块电路的设计至关重要.光强检测的传感器是可以把光强信号转换为电信号的光敏传感器,但是光敏传感器转换过来的电信号往往比较微弱,故需要经过前置放大电路的放大.

　　常用的光敏传感器有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等.其中光电池在一定光照下,负载无限大时(开路),其极间电压称开路电压,开路电压的大小与入射光强度的对数成正比.光电池的输出电流称短路电流,短路电流的大小与光强成线性关系,光电池内阻越小,线性关系越好.所以本设计选用光电池的输出电流作为参量.