食物腐敗變質檢測電路設計

1、<p>　　題 目 食物腐敗變質檢測電路的設計 </p><p>　　學生姓名 張夢 學號 1213024075 </p><p>　　所在學院 物 理 與 電 信 工 程

2、 學 院 </p><p>　　專業(yè)班級 通 信 工 程 專 業(yè) 1203 班 </p><p>　　指導教師 龍 光 利 </p><p&g

3、t;　　完成地點 物 理 與 電 信 工 程 學 院 實 驗 室 </p><p>　　2016 年 5 月 30 日</p><p>　　畢業(yè)論文﹙設計﹚任務書</p><p>　　院(系) 物理與電信工程學院 專業(yè)班級 通信工程專業(yè)1203班 學生姓名 張 夢

4、 </p><p>　　一、畢業(yè)論文﹙設計﹚題目 食 物 腐 敗 變 質 檢 測 電 路 的 設 計 </p><p>　　二、畢業(yè)論文﹙設計﹚工作自_ 2016 _年_ 1 _月__1__日 起至__2016__年 6 月_ _20___日止</p><p>　　三、畢業(yè)論文﹙設計﹚進行地點: 物 理 與 電

5、信 工 程 學 院 實 驗 室 </p><p>　　四、畢業(yè)論文﹙設計﹚的內容要求：</p><p>　　1、設計一種食物腐敗變質檢測語音播報裝置，采用水分傳感器和電阻檢測網絡，從食物的電 </p><p>　　阻和水分含量這兩個參量入手進行檢測, 并與新鮮食物的標準值比較, 從而判斷食物腐敗變質 </p>&

6、lt;p>　　的程度, 做出食物能否食用的論斷。能檢測食物的電阻和水分含量，而且還能測溫和計時。測得的數據通過液晶顯示，具有語音播報的功能。若用單片機不建議采用常規(guī)51單片機。 </p><p>　　2、畢業(yè)設計結果是樣機和論文，論文要求嚴格按學校畢業(yè)設計格式撰寫，計算機打印。 </p><p>　　3、畢業(yè)設計時間安排

7、 </p><p>　　1月1日-2月28日：查閱相關資料（參考文獻不少于15篇，其中近三年中文外文期刊各不少于5篇），熟悉題目內容，進行方案論證，提交開題報告(圖用VISIO2003繪制)； </p><p>　　3月1日-3月31日：完成不少于3000詞的中英文翻譯，安裝

8、調試運行； </p><p>　　4月1日-5月25日：整體聯調，畢業(yè)設計驗收； </p><p>　　5月25日-6月5日：撰寫、修改、提交畢業(yè)論文(圖用VISIO2003繪制)； </p><p&

9、gt;　　6月5日-6月15日：制作、修改PPT,畢業(yè)答辯； </p><p>　　6月15日-6月20日：畢業(yè)設計資料歸檔。 </p><p>　　指 導 教 師 龍 光 利 系(教 研 室) 通

10、 信 工 程 系 </p><p>　　系(教研室)主任簽名 批準日期 2 0 1 6 年1月2日 </p><p>　　接受論文 (設計)任務開始執(zhí)行日期 學生簽名 </p>&l

11、t;p>　　食物腐敗變質檢測電路的設計</p><p><b>　　作者：張夢</b></p><p>　?。兾骼砉W院 物理與電信工程學院 通信工程1203班，陜西 漢中，723000）</p><p><b>　　指導教師：龍光利</b></p><p>　　[摘要] 針對人們對食物與人

12、體健康關系的關注以及腐敗食物對人體的危害等問題，設計制作了一種食物腐敗變質檢測電路。該電路是基于STC12C5A60S2單片機，利用電阻檢測網絡和水分傳感器收集數據，使用DHT11溫度傳感器測量出當前溫度，通過LCD12864液晶顯示屏和SYN6288語音播報模塊顯示并播報出檢測結果，同時將幾種正常食物的標準值存入微處理器，通過按鍵來更換食物種類。經實驗驗證，該電路能夠實現食物的正常測量，在顯示屏上能夠顯示測量時間、食物電阻和水分以及當

13、前室溫，能通過語音播報食物是否能食用的檢測結果。</p><p>　　[關鍵詞] 食物檢測；食物電阻；食物水分；數據顯示；語音播報</p><p>　　Design of detection circuit for food spoilage</p><p>　　Zhang Meng</p><p>　　(Grade2012,Class3,M

14、ajor of Communication Engineering，School of Physics and </p><p>　　Telecommunication Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001,China)</p><p>　　Tutor:Long Guangli</p>&

15、lt;p>　　Abstract：The problem is people's 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 ci

16、rcuit 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 broa

17、dcast by LCD12864 LCD display and syn6288 voice broadcast module, and seve</p><p>　　Key words：Food detection; Food resistance; Food moisture; Data display; Voice broadcast;</p><p><b>　　目錄&

18、lt;/b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 國內外研究現狀1</p><p>　　1.3研究方法與應用領域1</p><p>　　1.4 論文結構2</p><p>　　2

19、食物腐敗變質機理、表現與應對方法3</p><p>　　2.1 食物腐敗變質機理3</p><p>　　2.2 常見幾種食物腐敗變質表現及變化3</p><p>　　2.3 食物腐敗變質應對方法與貯藏4</p><p><b>　　3硬件電路設計6</b></p><p>　　3.1 單

20、片機最小系統(tǒng)設計6</p><p>　　3.2 數據采集電路設計7</p><p>　　3.2.1 食物電阻測量電路設計7</p><p>　　3.2.2 食物水分測量電路設計8</p><p>　　3.2.3 室內溫度測量電路設計8</p><p>　　3.3 液晶顯示與按鍵電路設計9</p>

21、<p>　　3.4 語音播報電路設計11</p><p>　　4軟件程序設計12</p><p>　　4.1 主程序設計12</p><p>　　4.2子程序設計12</p><p>　　4.2.1電阻檢測電路子程序12</p><p>　　4.2.2 水分檢測子程序13</p>

22、<p>　　4.2.3 溫度測量子程序13</p><p>　　4.2.4 液晶顯示子程序14</p><p>　　4.2.5 語音播報子程序14</p><p>　　4.3軟件編譯與下載15</p><p><b>　　5制作與調試17</b></p><p>　　5.1

23、硬件電路制作17</p><p>　　5.2 電路調試18</p><p>　　6.總結與展望20</p><p><b>　　6.1 總結20</b></p><p><b>　　6.2 展望20</b></p><p><b>　　致謝21</

24、b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p>　　附錄A 英文文獻原文23</p><p>　　附錄B 英文文獻譯文30</p><p>　　附錄C 源程序35</p><p>　　附錄D 元器件清單47</p><p><b

25、>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　食品的安全問題,是關乎社稷民生的關鍵問題，其中最重要的部分就是食品腐敗的檢測問題，發(fā)生腐敗變質的食品,無論感官還是理化性質,都會發(fā)生不利于健康的改變，所以快速準確地檢測食品腐敗程度非常重要[1]。一般來說，所有的食物，在常溫狀態(tài)下,放置一段時間后都會變質，

26、有的發(fā)霉結塊、有的腐爛發(fā)臭、有的變酸等。食物腐敗在我們日常生活中隨處可見。特別是炎熱潮濕的夏天,食物更易腐敗變質,尤其是含水分較多的,如魚、肉、蛋、蔬菜等,往往在短期內，就會發(fā)臭、發(fā)酵、發(fā)霉等,人吃了這種變質的食物會引起不適或中毒[2]。</p><p>　　1.2 國內外研究現狀</p><p>　?。?）國內研究現狀：</p><p><b>　　a.

27、菌類培養(yǎng)法：</b></p><p>　　當前我國普遍采用菌類培養(yǎng)法來檢測食物是否變質。通過測量食物某種細菌群的含量來判斷食物是否可以食用[2]。食物的腐敗是指不同物種的微生物通過分解食物，并利用汲取的營養(yǎng)進行繁殖的過程。常見的微生物種類包括某些病毒、霉菌、細菌等，能引起人類食品中毒頻率最高的微生物是細菌。目前，樣本中衡量食品腐壞的主要參數是細菌數量和毒素濃度。識別細菌方法通常是通過生物化學測試完成的

28、，觀察不同細菌在不同環(huán)境下的生存能力以及不同細菌所產生的不同毒素來識別樣品中含有的不同細菌,這些問題使得一般消費者很難辨別食物的安全程度[2]。</p><p>　　b.利用傳感器實時監(jiān)測食物變質信號法：</p><p>　　目前用于食品新鮮度檢測便捷的方法有電子鼻、電子舌等，但它們并不能提供直觀的圖像信息[2]。而適用于遠距離傳輸過程食品變質信號，是通過遠程食品運輸車中的傳感器發(fā)出的，根

29、據構建無線傳感器物聯網絡的結構來產生食品變質信號，這些信號源是包含食品的濕度、溫度、腐敗物質含量等信息。食品變質信號在運輸過程中的采集和識別，可以實現，對遠程運輸食品，實時監(jiān)控及預防管理。故而采取有效的措施來實現人工干預來保證食物的安全和品質。用以往的方法，對遠距離運輸的過程中的信號采集的識別方法是采用BP信號神經網絡采集識別，采用Music參數的估計方法來估計食物變質信號的特征參量，從而實現對信號的采集識別，但是傳統(tǒng)算法識別技術采用的

30、是廣播無線電波，不能有效地對食物變質的信號進行無線傳感器物聯網地采集，并且采集信號精度低，性能差。改進版的方法是一種基于最小方差響應不變波束形成算法的遠程運輸過程中食品變質信號采集識別方法[3]。</p><p>　?。?）國外研究現狀：</p><p>　　國外也有相關學者采用氣味和紅外熱像等檢測食品的新鮮度。在工業(yè)領域，食品質量監(jiān)控也是一個很重要的問題。目前，在美國的危害分析和關鍵控制

31、點體系和應用指南中，還不存在快速準確地檢測肉制品中微生物含量的系統(tǒng)。傳統(tǒng)方法弊端和工業(yè)領域對快速、安全、高效檢測技術需求促使研究者尋找新的食品檢測解決方案 [1]。</p><p>　　1.3 研究方法與應用領域</p><p>　?。?）研究方法： </p><p>　　食物腐敗變質檢測電路涉及的專業(yè)比較廣泛，包括腐敗食物信號提取、信號轉換、系統(tǒng)控制、參數比較、

32、語音播報等。眾所周知，食物的水分、電阻和溫度可作為評估食物腐敗過程的重要參量。食物腐敗通常伴隨著復雜的理化性質的變化，根據這個變化，提出將水分與電阻引入食物腐敗過程的檢測中，以期提供多參數化的量化信息。通常來說，當食物中的含水量小于15％時，食物就不太會腐敗變質。溫度對于食物的腐敗起催化作用，氣溫高時組織酶的活性會增強從而食物的營養(yǎng)成分會發(fā)生分解。細菌活力越強，食物就越易腐敗，那么電阻就越小。所以說食品檢測這個行業(yè)是一個綜合性比較強的行

33、業(yè)。擬采用新鮮饅頭和腐敗饅頭這兩種樣品，利用靈敏探針去測這兩種樣品，然后通過數字顯示屏顯示兩者表達的差異性，通過表征這一差異性探索一種全新的便捷、高效食物腐敗檢測方法[2]。</p><p>　　與傳統(tǒng)技術相比，使用檢測電路技術可以快速的得到目標電阻值，同時不需要破壞食物，所以可以做到連續(xù)、實時的食品質量檢測。在民用領域，腐敗食物變質檢測電路可以做到小型化便攜化，如果擁有了這種快速便捷的食品質量檢測設備，消費者的

34、消費安全可以得到更好的保障[2]。相比于傳統(tǒng)的化學方法，檢測電路的設備操作簡單，易實現系統(tǒng)集成與自動化控制，這同樣符合食品工業(yè)的發(fā)展需求。 </p><p>　　擬采用的食物腐敗變質檢測電路設計方案如圖1.1所示。使用電阻、水分、溫度檢測模塊進行數據采集，并將收集到的信號送入單片機內進行處理，連接顯示屏用于顯示測得數據，連接鍵盤用于鍵入命令，連接語音播報模塊用于給出語音結果提示。</p>

35、<p>　　圖1.1 食物腐敗變質檢測電路設計方案</p><p><b>　　（2）應用領域：</b></p><p>　　近年來，人們對食物安全的關注度逐漸提高，食物檢測的應用技術由此得到了迅速發(fā)展，隨著技術的進一步成熟，食物檢測會從醫(yī)學、科研、酒店等應用領域逐步向民用、家用普及[4]。</p><p><b>　　1.

36、4 論文結構</b></p><p>　?。?）緒 論：主要闡明了課題背景，國內外研究現狀，研究方法以及應用領域。</p><p>　?。?）食物腐敗變質機理、表現與應對方法：主要介紹食物腐敗原因，介紹了常見的幾種食物的電阻和水分，并對如何應對食物腐敗提出了建議。 </p><p>　?。?）硬件電路設計：硬件部分主要設計了單片機最小系統(tǒng)、電阻檢測模塊、

37、土壤水分傳感器、按鍵電路設計、溫度傳感器、液晶顯示的電路設計，語音播報電路設計。</p><p>　?。?）軟件程序設計：軟件部分主要設計了主程序，數據采集子程序，語音播報子程序，液晶顯示子程序，軟件編譯與下載。</p><p>　　（5）系統(tǒng)調試及分析：Proteus軟件上仿真，硬件制作，硬件調試。</p><p>　　（6）總結與展望：對完成的部分進行總結，對

38、其中存在的不足提出自己的想法。</p><p>　　2食物腐敗變質機理、表現與應對方法</p><p>　　2.1 食物腐敗變質機理 </p><p>　　食物的腐敗變質, 多指在微生物為主導的各種各樣原因的配合下, 食物會降低甚至失去食用價值, 如蛋、禽、肉的腐臭、霉變糧食, 潰爛的蔬菜、水果, 酸敗的油脂等[2]。食物的變質腐敗的原因還是比較復雜的, 總體說來,

39、 大致分成以下四個方面:</p><p>　　（1）食物中所含的水分。它對于微生物的繁殖生長具有重要的作用。一般來說, 當食物中所含的水分含量小于等于15%時, 食物則不容易變質腐敗。這么看來，水是引起食物變質腐敗的一個重要原因。</p><p>　?。?）化學的原因。動植物的食物在宰殺或者收獲后, 在一定的時間內, 食物中的各種酶類，如組織酶等還會進行一些生物和化學變化的過程從而引起組成

40、食物成分進行分解, 從而引起變質腐敗。</p><p>　?。?）物理的原因。細菌在分裂繁殖期間會產生一些酶,如蛋白酶、脫氨酶等。食物在腐敗菌酶的作用下,將復雜的高分子有機物分解為簡單的低分子物質。在溫度高、濕度大的情況下會促進微生物的繁殖和酶的活性,從而加速食物的腐敗。</p><p>　?。?）微生物的原因。食物變質腐敗的原因主要是微生物的作用, 如金黃色葡萄球菌、變形桿菌等細菌的作用

41、 [2]。</p><p>　　2.2 常見幾種食物腐敗變質表現及變化</p><p>　　食品的腐敗及變質，這是比較復雜的過程，它不僅關系到食品內酶的作用、還涉及到污染微生物的生長及代謝，但最重要還是微生物作用的結果。從腐敗變質對食物感官品質的作用來看，食物腐敗及變質的類型主要可分為以下三種：</p><p>　　（1）變黏：食物腐敗和變質變黏多數是因為細菌生長及

42、代謝所產生成多糖導致的。常見的會讓食物變黏的微生物主要有：類產桿菌、黏液產桿菌、無色桿屬，氣桿菌屬，乳鼓桿菌，明串菌等，少數的酵母種類也會使食物變黏。</p><p>　　（2）變酸：食物變酸的主要原因是因為腐敗的微生物生長及代謝導致的，常見的食物變酸的主要微生物有：醋酸茵屬，丙酸菌屬，微球菌屬等，還有少數霉菌。</p><p>　?。?）變臭：食物變臭主要原因是因為細鹵的分解的以蛋白質等

43、為主的食物而產生的氨氣、有機胺等所導致的 [5]。</p><p>　　腐敗變質的食物對人體健康產生的影響表現在以下三個方面：</p><p>　?。?）產生出厭惡感。由于微生物在生長繁殖過程中促使食物中各種成分發(fā)生（分解）變化，而讓食物原來的感官品質發(fā)生改變，讓人產生厭惡感。如蛋白質會在分解的過程中會生產硫化氫、合機胺、咧跺、硫醇等，這些物質都有蛋白質分解后特有的臭味；細菌以及竊菌等在繁

44、殖的過程中也能產生出色素，會讓食物出現各種各樣比較異樣的顏色，而讓食物失去它本身的色、香和味道。</p><p>　　（2）降低了食品的營養(yǎng)價值。因為食品中的蛋白質、脂肪、腐敗的碳水化合物及變質后它的結構發(fā)生了變化，所以會喪失它本來的營養(yǎng)價值。例如蛋白質腐敗分解后會產生有毒物質，因而失去了蛋白質其原有的價值；脂肪的腐敗變質、水解以及氧化后產生的過氧化氫，再分解為碳基化合物、酮等，便失去了脂肪對人體的營養(yǎng)和生理作用

45、?？偟膩碚f，因為營養(yǎng)成分的分解，所以讓食物營養(yǎng)的價值降低了[2]。</p><p>　　（3）引起中毒或潛在的危害。食物從起初生產到最后銷售的整個過程中，食物被污染的方式及污染程度比較復雜．食物腐敗及變質后產生的有毒東西也是多種多樣的，因此。腐敗變質的食物對人體的健康狀況產生的危害的表現也不同：</p><p>　　a.急性毒性。通常來說，腐敗變質的食物往往會產生急性中毒的狀況，輕度中毒者

46、多會出現急性胃腸炎癥狀，如嘔吐、腹瀉或腹痛、發(fā)燒等，經過及時治療后基本會恢復；重度中毒者會在呼吸、神經、循環(huán)等系統(tǒng)中出現癥狀，只有搶救地及時才會脫離安全，如稍有耽擱說不定會出現生命危險。有的人急性中毒，雖然經千方百計的治療，但也會給中毒者留下一些后遺癥。</p><p>　　b.慢性毒性及潛在危害。有的變質的食物中含有的有毒物質的量比較少，或者由于本身的毒性不強，并不能夠引起急性中毒，如果一旦長期食用，也會出現慢

47、性中毒，甚至更為嚴重的會出現致癌、致突變甚至致畸的現象。從大量的動物試驗的研究資料中可以看出：一旦食用被黃曲霉的毒素污染后的霉變花生、糧食和花生油，就會出現慢性中毒的現象。</p><p>　　大部分的食物都溶解了一定量離子鹽的游離水后成為了導體，而且食物的水份含量一般都常在40％以上，并且具有導電的性能。因為水是生命活動的必要條件，所以對微生物細胞的組成來說水是必不可少的，而且細胞內進行的各種生化反應，都是以水

48、為溶解媒質的[6]。</p><p>　　一般在缺水的條件下，微生物的新陳代謝就會發(fā)生阻礙。但不同微生物的生長繁殖所要求的水分的含量都不同。故也可以說食物中的水分含量決定了微生物生長的種類。通常來說，含水量較多的食物，細菌繁殖能力比較強；含水量少的食物，則霉菌和酵母菌的繁殖能力比較強。食物中的水分常以游離水和結合水這兩種狀態(tài)存在。微生物在食物上的生長繁殖，一般能利用的水都是游離水。這都是因為一部分的水是與蛋白質、

49、碳水化合物及一些可溶性物質，如糖、氨基酸和鹽等結合的，這些結合的水是對微生物來說沒有影響的，故一般使用水分活度來表示食品中可被微生物利用的水分[6]。</p><p>　　現以雞肉、牛肉、土豆、蘋果、蘿卜、饅頭為例，就食物中的電阻和所含水分進行說明介紹，如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 部分新鮮食物電阻、水分含量一覽表</p><p>　　2.3食物腐

50、敗變質應對方法與貯藏</p><p>　　了解了食物腐敗的原理,就可采用相應的對策來防止食物的腐敗變質。按照食品貯藏的基本原理可分兩大類: 一是全部或部分殺滅微生物和破壞酶活性的貯藏方法,如加熱法、輻射法、紫外線照射法及化學殺菌劑法。二是抑制微生物發(fā)育、酶活性和非酶化學變化的貯藏技術,有低溫法、干燥法、酸漬法、糖餞法等。</p><p>　?。?）低溫貯藏法: 低溫可以抑制微生物的繁殖,降

51、低酶的活性,減少食物中的化學反應,可較好地保持食品原有的色香味和營養(yǎng)價值。按溫度的高低可分為冷藏貯藏和冷凍貯藏。冷藏采用的溫度是食物冰點以上的溫度。這種方法適用于蔬菜、水果、鮮蛋等。冷凍是將食品在低于冰點的低溫下凍結,再以0℃以下的低溫進行貯藏的方法。由于溫度在冰凍點以上,食品中所含水分60-80%結冰,使水分活性下降,使絕大多數微生物停止發(fā)育,食物中酶的活性也大大受到抑制,這種方法可較長時間貯存食品。</p><p

52、>　?。?）高溫貯藏法: 利用高溫加熱殺滅食品中微生物并破壞酶的活性,以達到長期貯藏食品的目的。高溫法可分為高溫滅菌法和巴氏殺菌法。高溫滅菌是利用高壓蒸汽達到100℃以上的溫度,全部殺死微生物的滅菌技術。巴氏殺菌法是用60℃加熱30分鐘殺滅有害微生物的方法。這種方法常用于不適宜長時間高溫加熱的或者只作短期貯藏的食品,如鮮奶、果汁、果酒、醬油等。</p><p>　?。?）干燥貯藏法: 水分是微生物賴以生存繁

53、殖的根本,因此減少食品中的含水量,降低水分活性,可有效地控制微生物的繁殖和酶的活性,所以干燥食品耐貯藏。食品干燥方法很多,有自然干燥法,利用日曬、陰涼、風吹等自然干燥。還有人工干燥、微波干燥、遠紅外干燥等。貯存干燥食品時應注意防濕防潮,否則,可因吸水而腐敗變質。</p><p>　　（4）鹽腌及糖漬貯藏法: 這種方法原理是利用食物中加入鹽或糖所造成的高滲透壓和低水分活性,使微生物的細胞原生質脫水、凝固,促使微生物

54、死亡,從而實現保存食物的目的。對于這種方法貯藏的食品要注意防潮,因為食物受潮后,含水量增加,使糖、鹽的濃度降低,微生物容易生長繁殖,從而使食品變質。</p><p>　?。?）酸漬貯藏法: 這種方法是在食品中加入有機酸(如醋酸)或者能產生酸的乳酸菌,使食品變酸,以抑制各種微生物的生長,從而達到貯藏目的。用這種方法酸漬的食品主要是以新鮮蔬菜為原料加工制成的食品,如酸黃瓜、泡菜等。</p><p&

55、gt;　?。?）煙薰貯藏法: 其原理是利用木材或鋸末在不完全燃燒的情況下所產生的煙氣來熏蒸食品的一種方法。經過煙熏,不但食物減少了水分,而且煙氣中有殺菌和防腐作用的木焦油、雜酚油等附在食物上面,可提高食物的耐貯性。</p><p>　?。?）化學防腐劑貯藏法: 這種方法是向食品中添加人工合成的防腐劑,抑制或殺死腐敗微生物。在我國食品衛(wèi)生標準中允許使用的防腐劑有苯甲酸、鈉鹽、山犁酸及鉀鹽。了解以上食品腐敗及其貯藏方

56、法,有助于我們日常的生活,使食物貯藏達到科學化、合理化[11]。</p><p><b>　　3硬件電路設計</b></p><p>　　設計的食物腐敗變質檢測電路的硬件部分主要由主控芯片STC12C5A60S2、電阻、水分采集模塊、測溫部分、計時部分、顯示部分LCD12864、按鍵電路、語音播報部分組成。各部分相互協(xié)作，構成完整的一個系統(tǒng)，從而實現食物腐敗變質檢測的

57、功能。</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)設計</p><p>　　設計的單片機最小系統(tǒng)圖如圖3.1所示，主要由單片機（STC12C5A60S2），復位電路，時鐘電路構成。</p><p>　　圖3.1 單片機最小系統(tǒng)圖</p><p>　　（1）單片機芯片STC12C5A60S2</p><p>　　STC1

58、2C5A60S2主要性能有：</p><p>　　①增強型8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容于傳統(tǒng)的8051；高速：1個時鐘/機器周期，增強型8051內核，速度要比普通的8051快6~12倍；工作電壓：STC12C5A60S2系列的工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機）STC12LE5A60S2系列的工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機）；工作頻率范圍為：0 

59、- 35MHz，與普通8051的 0～420MHz相當；</p><p>　?、贗SP（在系統(tǒng)可以編程）/IAP（在應用可以編程），不需要專用編程器，不需要專用仿真器?？梢酝ㄟ^串口（P3.0/P3.1）直接來下載用戶程序，數秒就能夠完成一片；有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內部EEPROM)；看門狗；</p><p>　?、蹠r鐘源：外部高精度

60、晶體/時鐘，內部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%) 用戶通過下載用戶程序，能夠進行選擇，是使用內部R/C振蕩器還是使用外部晶體/時鐘，在常溫下，內部的R/C振蕩器的頻率為：5.0V單片機的頻率為：11MHz～15.5MHz，3.3V單片機的頻率為：8MHz～12MHz，如果精度的要求不高時，我們就能夠使用內部時鐘，但是因為存在制造誤差以及溫漂，所以要以實際測試為標準；</p><p>　　④一共4個1

61、6位定時器；其中有兩個與傳統(tǒng)的8051兼容的定時器或者計數器，16位定時器T0和T1，不存在定時器2，但是擁有獨立的波特率的發(fā)生器、進行串行通訊的波特率發(fā)生器，還有2路PCA模塊可以再實現2個16位定時器；存在2個時鐘輸出端口，能夠由T0的溢出在P3.4/T0上輸出時鐘，能夠由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘；外部中斷I/O口7路，在傳統(tǒng)的下降沿發(fā)生中斷或者低電平觸發(fā)中斷,并新增支持在上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式能夠

62、由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可以通過寄存器來設置到P4.2 )，CCP1/P1.4 (也可以通過寄存器來設置到P4.3)；</p><p>　?、軦/D轉換, 10位精度ADC，一共8路，它的轉換的速度能夠達到250K/S(每秒鐘25萬次)；將全雙工異步串行口(UART)通用，因為STC12是高速的8051，能夠

63、用定時器或者PCA軟件來實現多串口；STC12C5A60S2系列存在雙串口，后綴存在S2標志的才會有雙串口，RxD2/P1.2(能夠通過寄存器將其設置到P4.2)，TxD2/P1.3(可以通過寄存器設置到P4.3)；STC12C5A60S2系列的單片機的A/D轉換口在P1口（P1.7-P1.0）,有8路10位的高速A/D的轉換器，其速度能夠達到250KHz（25萬次/秒）。8路電壓的輸入型A/D，可以用做溫度檢測、電源電壓檢測、按鍵掃描

64、、頻譜檢測等。上電復位之后P1口則為弱上拉型I/O口，用戶能夠由軟件設置將8路中的任意一路設置為A/D轉換，也不需要作為A/D使用的I/O口能夠繼續(xù)作為I/O口使用。但是要注意的是：需要作為AD使用的端口需要先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應位置設置為“1”，將相應端口設為模擬功能。</p><p>　?、轎/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接。74HC164/165/595（均可級聯）來擴展I/O口，

65、還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或者用雙CPU，三線通信，還多了串口。</p><p><b>　?。?）復位電路</b></p><p>　　單片機系統(tǒng)的復位方式有兩種，分別是手動按鈕復位和上電復位。51系列單片機復位信號均是從引腳RST輸入至芯片內的施密特觸發(fā)器中。當振蕩器運行時，在引腳RST上出現的兩個機器周期高電平使單片機復位。若只需單片機上電源就可以復

66、位，則要在單片機外圍加一個復位電路，該復位電路的功能是在系統(tǒng)上電時為單片機提供一個復位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定，再撤銷復位信號。為消除電源開關閉合引起抖動對復位的影響，在電源穩(wěn)定后要經過一定的時延再撤銷復位信號。單片機在啟動時要進行復位操作，為了使系統(tǒng)各部件及CPU處于穩(wěn)定的初始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始工作。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，并且振蕩器穩(wěn)定后，若在RST引腳上有一個高電平并維持24個振蕩周期(2個機器周期)以上，那么CPU便能響應并對

67、系統(tǒng)復位。</p><p><b>　　（3）時鐘電路</b></p><p>　　STC12C5A60S2單片機的工作頻率在0-48MHz，芯片內部有一個反相放大器的輸入端和輸出端，通常用來連接晶體振蕩器，它的外接晶體引腳為XTAL1與XTAL2。外接的晶體和電容組成一個并聯諧振回路，構成一個自激振蕩器，其作用是向內部的時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率在4MHz-

68、48MHz之間選擇，振蕩器的頻率由晶體的振蕩頻率決定，晶體頻率選擇12.000MHz；電容對時鐘頻率有微調作用，可以在5-100pF之間選擇，通常取大約47pF的瓷片電容。</p><p>　　3.2 數據采集電路設計</p><p>　　3.2.1 食物電阻測量電路設計</p><p>　　對食物中的電阻進行檢測，需要自己搭建一個電阻檢測網絡，主要的搭建思想是：由

69、于單片機不能直接識別電阻，但可以直接識別電壓，故而采用分壓原理來設計電路。先通過查詢參考文獻和自己用萬用表對食物電阻進行測量（以饅頭為例），得出新鮮饅頭中的電阻大概在400kΩ-1MΩ左右，而腐敗的饅頭的電阻大約在200-400kΩ之間。在A點檢測出電壓，并輸出至P1.5，通過單片機處理，在顯示屏上輸出電阻值。探針是采用音響接頭暫時代用。電阻檢測電路如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 電阻檢測電路&l

70、t;/p><p>　　3.2.2 食物水分測量電路設計</p><p>　　水分信號采集傳感器主要是由電源的濾波電路、晶振、施密特觸發(fā)器、探針及真有效值檢測器等組成，電源的濾波電路是用于減少或消除低電位跳躍及電源噪聲。從而為電路中的各單元以提供穩(wěn)定地工作電壓；晶振是用來生產一個單一的頻率的高頻的振蕩的信號，經施密特觸發(fā)器的整形后成波形而標準地方波信號，是傳感器測量時的激勵信號；信號衰減器可以將

71、方波的激勵信號的幅度，衰減后再加在探針上。真有效值檢測器是用于將插入待測饅頭中的探針上進行真有效值轉換，以將探針上的波形信號以等效的電壓值輸出，作為整個水分信號采集傳感器的輸出信號[10]。</p><p>　　利用水分信號采集傳感器來采集食物中的水分，所采用探針型號為YL-69，水分傳感器探針圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 水分傳感器探針圖</p><

72、;p>　　水分信號采集傳感器電路原理圖如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 水分信號采集傳感器電路原理圖</p><p>　　現以饅頭為例，當饅頭水分含量達到40%時，測得的對應電壓為2.8V，且二者之間關系基本呈冪函數關系，由此得出饅頭水分含量與反饋電壓之間的關系公式為： </p>

73、;<p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　3.2.3 室內溫度測量電路設計</p><p>　　DHT11數字溫度傳感器是含有校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，他應用專用的溫濕度傳感器和數字模擬采集技術，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。DHT11傳感器內部含有一個NTC測溫和一個電阻式感濕元件并與一個8位的高新能單片機相連接。在檢測信號的

74、時候，處理過程中傳感器內部要調用校準系數，采用但限制的串行接口，使系統(tǒng)集成可以有較低的功耗。DHT11具有響應快速，抗干擾強、性價比高的優(yōu)點。</p><p>　　DHT11有四條引腳，兩條為電源引腳，兩條為輸出數據引腳，由于DHT11才用的是單總線通信，所以只需將單片機的一個I/O端口與其連接就可以實現數據采集和傳送，溫度傳感器原理圖如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 溫度傳

75、感器原理圖</p><p>　　DATA 用于單片機與 DHT11之間的同步和通訊，采用的是單總線的數據格式。一次的通訊時間在4毫秒左右，數據為整數部分。當前的小數部分是用于以后的擴展?，F讀出的為零。DHT11的特性參數如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 DHT11特性參數</p><p>　　3.3 液晶顯示與按鍵電路設計</p>&l

76、t;p>　?。?）液晶顯示屏LCD12864</p><p>　　LCD12864液晶顯示屏原理圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 液晶顯示屏原理圖</p><p>　　帶中文字庫的LCD12864是一種采取8位或者4位并行、3線或者2線串行的多種接口的方式，它的內部存在著豐富的中文簡體、中文繁體的字庫以及圖形液晶顯示模塊；它的顯示分辨率每行會多

77、達128，能夠顯示出4行，內置8192個16×16點的漢字，以及128個16×8點的ASCII字符集。并通過這個模塊靈活的接口方式以及方便的操作指令，能夠很容易構成全中文的人機交互的圖形界面。它能夠全部顯示8×4行、16×16點陣的漢字，也能夠完全進行圖形顯示。LCD12864它具有低電壓、低功耗等顯著特點。</p><p>　　LCD12864顯示塊就是所說的點陣液晶的顯

78、示模塊，它是由128×64個液晶顯示點所組成的一個128列和64行的陣列，因此也被叫做12864。每個顯示點都會對應著將有一位二進制數，0表示滅，1表示亮。用來存儲這些點陣的信息的RAM則被稱做顯示數據存儲器。如果需要顯示某一個圖形或者漢字就是要將相應的點陣信息寫入到與其相對應的存儲單元中。圖形或者漢字的點陣信息都是由自己所設計的，這個時候關鍵的問題是顯示點在液晶屏上的位置及它在存儲器中的地址之間的關系[11]。</p&

79、gt;<p>　?、匐娫吹姆秶?.3-5.0V。</p><p>　?、谄聊伙@示的分辨率：128×64點。</p><p>　?、?MHz時鐘頻率。</p><p>　　④三種顯示方式分別為STN、半透、正顯。</p><p>　?、輦炔扛吡涟咨獿ED背光，功耗僅為普通較低。</p><p>　

80、?、迌戎谬嫶蟮臐h字字庫，中文簡體和中文繁體都可以自由選擇。</p><p>　?、吲c主控芯片通信方式可選為串行和并行。</p><p>　?、鄡炔抗ぷ鞔鎯囟确秶?20℃-（+60）℃，正常工作溫度：0℃-（+55）℃。</p><p>　　LCD12864工有20個引腳，它的接口使用方法以下進行闡述并行接口引腳說明如表3.2所示。</p><

81、p>　　表3.2 并行接口引腳說明</p><p>　　控制器接口信號RS和R/W的配合決定4種模式的選擇，4種模式選擇如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 4種模式選擇</p><p>　　使能信號如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 使能信號</p><p>　　帶中文字庫的LCD12

82、864是一種具有4位或者8位并行、2線或3線串行多接口方式，引腳功能見表3.5，顯示器分辨率為128×64，內置了8192個16×16點的漢字，和128個16×8點的ASCII字符集。利用其接口方式的靈活和簡單，操作指令很方便的，可以形成全中文的人機交互圖形界面，可以來顯示8×4行的16×16點陣的漢字，也能實現圖形顯示以及低功耗低電壓又是其一顯著特點。因此在硬件電路的連接方式還是在軟件

83、的設計都比較容易，該液晶顯示器與同類型的液晶顯示器相比，性價比很高，最后從價格方面此模塊也比較適中[11]。</p><p>　　表3.5 LCD12864液晶顯示器引腳功能表</p><p>　　液晶顯示器LCD12864與單片機STC12C5A60S2采用并行數據輸出方法。RST接P2.0、EN接P2.3、CS1接P2.2、CS2接P2.1、VO接10k滑動變阻器調節(jié)亮度。D0到D7

84、接P0口。</p><p><b>　?。?）按鍵電路設計</b></p><p>　　本設計采用了獨立式鍵盤電路，這種鍵盤使用單片機的I/O口線直接連接，每個按鍵對應一根口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的狀態(tài)。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式，設置各個口線為輸入模式，通過中斷方式或者軟件查詢方式獲取各個口線是否有鍵按下的信息

85、在如圖3.7所示的鍵盤中，有鍵按下則口線端電平為高，否則為低電平。第一個按鍵實現復位功能，第二個實現開始計時功能，第三個實現結束以及語音播報的功能。</p><p>　　3路獨立按鍵電路如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 3路獨立按鍵電路</p><p>　　3.4語音播報電路設計</p><p>　　SYN6288提供一組

86、全雙工的異步串行（UART）通訊接口，實現與主控芯片的數據傳送，控制器可通過TxD和RxD以及GND向SYN6288語音合成芯片發(fā)送控制命令和文本信息，SYN6288把接收到的語音信號輸出，輸出信號經功率放大器進行放大連接到喇叭進行播放，允許發(fā)送的數據最大長度為206字節(jié)。主控芯片以命令幀的方式向SYN6288芯片發(fā)送命令，SYN6288芯片接收命令執(zhí)行，并向主控芯片返回命令執(zhí)行結果。芯片支持的命令幀的格式為：“幀頭FD+數據區(qū)長度+數

87、據區(qū)”格式。（最大206個字節(jié)）。主控芯片的所有命令和數據都需要用“幀”的方式進行封裝后傳輸。芯片默認初始化的波特率為9600bps，起始位為1，數據位為8，無校驗位，停止位為1，無流控制。</p><p>　　SYN6288的電路連接圖如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 SYN6288的電路連接圖</p><p><b>　　4軟件程序

88、設計</b></p><p><b>　　4.1 主程序設計</b></p><p>　　食物腐敗變質檢測電路的設計中分別定義了：A/D轉換子程序、數據顯示子程序、語音播報子程序、延時子程序等。主程序通過調用這幾個子程序來實現設計的各項功能。延時子程序穿插于各個子程序之間頻繁調用，故流程圖中不再畫出。程序的主體設計流程圖4.1所示。</p>

89、<p>　　圖4.1 主體設計流程圖</p><p>　　程序開始運行時，首先進行初始化，并播報預先設計好的語音內容：“歡迎使用”。然后開始模擬數據采集，包括當前室溫、食物的電阻和水分信息，將采集到的信息發(fā)送至單片機處理，按下按鍵，將測得數值與預先設定的標準值進行比對，接著進入液晶顯示子程序。在液晶顯示屏上顯示電阻、水分和溫度，最后進入語音播報子程序，語音播報出食物能否食用的結果：若食物正常，則播報：“

90、食物正常，請放心食用”；若食物腐敗，則播報：“食物已腐敗，請勿食用”。若按下復位鍵則再次運行主程序。</p><p><b>　　4.2子程序設計</b></p><p>　　子程序包括電阻檢測電路子程序、水分檢測子程序和溫度測量子程序，分別定義了電阻、水分和溫度的地址，同時通過定時器1來實現計時功能。</p><p>　　4.2.1 電阻檢測

91、電路子程序</p><p>　　電阻檢測子程序流程圖如圖4.2所示。初始化后采集食物電阻信息，并送入單片機內處理。</p><p>　　圖4.2 電阻檢測子程序流程圖</p><p>　　將數據端定義在P1.5，通過公式計算，將模擬量轉化為數字量。關鍵語句為：</p><p>　　dianzu1 = GetADCResult5();<

92、/p><p>　　dianzu1=500- dianzu1 ;</p><p>　　dianzu = (uint)(25500/dianzu1) - 100;</p><p>　　4.2.2 水分檢測子程序</p><p>　　水分檢測子程序流程圖如圖4.3所示。在初始化之后，開始檢測食物水分，并將數據送入單片機內進行處理，測量結果在顯示屏上進行

93、顯示。</p><p>　　圖4.3 水分檢測子程序流程圖</p><p>　　將數據端定義在P1.0，通過公式計算，將模擬量轉化為數字量。關鍵語句為：</p><p>　　water = GetADCResult();</p><p>　　lcd_wcmd(0x8b);</p><p>　　water=5712/w

94、ater;//水分部分</p><p>　　4.2.3 溫度測量子程序</p><p>　　溫度測量子程序流程圖如圖4.4所示。在初始化完成后，開始測量當前室內溫度，在單片機內處理完成后在顯示屏上進行顯示。</p><p>　　圖4.4 溫度測量子程序流程圖</p><p>　　溫度數據傳輸端設在P3.4，通過測量與處理，將模擬量轉化為數

95、字量。關鍵語句為：:</p><p>　　while (--k);}</p><p>　　while (--j);} </p><p>　　while (--i);}</p><p>　　uchar receive_byte(){</p><p>　　uchar i,temp;</p><p>

96、　　for(i=0;i<8; i++){</p><p>　　count = 2;</p><p>　　4.2.4 液晶顯示子程序</p><p>　　在系統(tǒng)上電后首先對LCD12864初始化，使其硬件做好一切準備，接著在執(zhí)行在大循環(huán)里執(zhí)行LCD12864液晶屏顯示程序，在沒有按鍵觸發(fā)的情況下始終在界面顯示的子程序里。計時時間顯示為000，數據端是P0口。液

97、晶顯示子程序流程圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 液晶顯示子程序流程圖</p><p>　　4.2.5 語音播報子程序</p><p>　　設計的語音播報子程序流程圖如圖4.6所示。語音播報子程序是在初始化之后，播報“歡迎使用”，然后在進行電阻、水分值判斷后進行播報食物是否能夠食用的結果。</p><p>　　圖4.6 語

98、音播報子程序流程圖</p><p>　　當初始化完成后運行語音播報子程序。設計語音播報部分在開機時即播報提前寫好的語音文本：“歡迎使用”，在插入探針進行測量食物電阻和水分時，按下開始按鍵，即開始測量計時，按下結束按鍵時，即開始播報語音內容，若判斷食物正常，則播報：“食物正常，請放心食用”；若判斷食物腐敗變質，則播報：“食物已腐敗，請勿食用”。</p><p>　　語音播報子程序關鍵語句為：

99、</p><p>　　unsigned char *huhu = "歡迎使用";</p><p>　　void main(){ </p><p>　　UartIni();</p><p><b>　　TI=1;</b></p><p>　　delayms(200);<

100、/p><p>　　while(1){ </p><p>　　xianshi12864();//12864函數</p><p><b>　　qiti(); }</b></p><p>　　根據以上流程圖，用C語言編寫程序，源程序見附錄C。</p><p>　　4.3 軟件編譯與下載</p>

101、;<p>　　在Keil（uVision4）軟件中對程序進行編譯和調試。Keil（uVision4）軟件編譯界面如圖4.7所示，由圖中可以看出，程序編譯正確，無錯誤。</p><p>　　圖4.7 keil軟件編譯界面</p><p>　　把編譯完成后的程序通過單片機下載軟件下載至單片機。下載時首先選擇單片機型號為STC12C5A60S2，再點擊打開文件選擇編譯好的程序，最

102、后點擊下載，對最小系統(tǒng)上電。當對話框顯示下載完成則燒錄成功。程序燒錄軟件界面圖如圖4.8所示，由圖中的“操作成功”的字樣可以看出程序燒錄成功。</p><p>　　圖4.8 程序燒錄軟件界面圖</p><p><b>　　5 制作與調試</b></p><p>　　5.1 硬件電路制作</p><p>　　單片機電路包括

103、電源、單片機、外部時鐘震蕩電路、復位電路和外部接口電路。首先制作一個單片機最小系統(tǒng)，由單片機底座、10k電阻，兩個22pF電容，一個電位器等，再根據設計好的電阻、水分檢測電路、溫度傳感器、按鍵設計電路、語音播報電路和液晶顯示電路的各個引腳與單片機引腳焊接。焊接圖如圖5.1所示。</p><p><b>　　圖5.1 焊接圖</b></p><p>　　按鍵制作圖如圖5

104、.2所示。</p><p>　　圖5.2 按鍵制作圖</p><p><b>　　5.2 電路調試</b></p><p>　?。?）單片機基礎電路包括電源、單片機、外部時鐘震蕩電路、復位電路和外部接口電路。調試過程需要注意以下幾點：</p><p>　?、贆z查電源是否接好。</p><p>　　

105、②單片機的電源要連接的正確，并且保證STC125A60S2的31號片選管腳要接高電平。STC12C5A60S2的31號引腳是外部程序存儲器選擇信號端，當該引腳為高電平時，單片機會從片內程序存儲器內一直取指令。</p><p>　?、凼褂萌f用表來排查電路中是否存在短路或者斷路的情況。例如在制作外部接口電路的時候使用的是排針，焊接時就容易出現管腳之間短路，所以在上電以前必須先排查電路。</p><

106、p>　?。?）LCD12864液晶顯示電路調試</p><p>　　調試要注意以下幾點：</p><p>　?、贆z查電源線是否接好。</p><p>　?、诒驹O計中采用的是并行模式。 </p><p>　?、墼赩O引腳接一個滑動變阻器來調節(jié)液晶屏的亮度。</p><p>　　顯示部分電路硬件調試時應特別注意3管腳

107、滑動變阻器的接法，2和15管腳之間接有一個10k的保護電阻，在和電源相接。我們可以先下載一個簡單的顯示程序，對這一部分進行調試。 由于本次設計需要顯示時間、電阻、水分和溫度，用單字符顯示每個字母和數字，要注意所定義的行和列，否則會發(fā)生覆蓋。剛開始調試的時候，在LCD12864液晶屏上顯示為亂碼，總是不是按照預想的結果去顯示，反復的思考琢磨，認證的檢查程序，還是沒能處理好數據的顯示，進過數多天的研究，最終是在程序的數據格式上解決了這個顯示

108、問題。可是顯示亂碼解決了，但是顯示的數據也是有問題的，在0-5V的模擬量采集時，顯示結果卻在5V -(-5)V之間變化，怎么會有負值呢？百思不得其解，開始重新檢查電路圖檢查程序但是結果還是一樣的，最后發(fā)現是電路沒接地導致的。</p><p><b>　　（3）按鍵電路調試</b></p><p>　　按鍵電路一般來說不會出什么問題，我們可以用電壓表測和各個開關相接的端

109、口的電平，看其在工作時是否變化 ，也可用一個簡單的按鍵程序來進行調試。保證各個按鍵正常工作。</p><p>　　在測試這一部分電路的時候，最簡單的辦法是將自己焊接的按鍵電路用杜邦線接到開發(fā)板上，讓其控制燈的亮滅，若工作正常則說明硬件電路焊接正確，各按鍵焊接正確。接下來驗證程序邏輯問題，可將按鍵子程序下載到單片機，逐個調試個按鍵功能。</p><p>　　硬件實物圖如圖5.3所示。<

110、/p><p>　　圖5.3 硬件實物圖</p><p>　　（4）電阻、水分數據采集電路調試</p><p>　　對于自己搭建的電阻檢測電路來說，精度不高，而且和很多因素有關，故而要保證每次探針插入食物的深度、距離等因素基本一致，任何一個參數發(fā)生變化都會導致觀察到的顏色發(fā)生變化。</p><p>　　在與單片機連接的過程中需要注意以下幾點：<