基于交流阻抗分析法牛奶变质度检测系统的设计与实现

摘要

随着生活质量的提高，人们越来越注重培养营养均衡的日常饮食习惯。牛奶富含人体所需的多种营养物质，是我们日常生活中必不可少的营养补充来源。通常情况下，我们只能通过牛奶生产厂商提供的生产日期和保质期来判断牛奶是否可以被饮用。然而，在运输和销售过程中牛奶包装可能会发生损坏而导致牛奶提前变质，这样仅仅根据保质期来判断牛奶是否变质是不准确的。因此，研制出用于检测牛奶变质程度的检测系统是很有必要的。
　　通过对目前现有牛奶质量检测方法的分析比较，本文选择抗干扰能力较强的交流阻抗分析方法来实现牛奶变质度的检测。牛奶在变质过程中，其化学成分的改变导致了整体介电特性发生了变化，从而使得电容器的电容值发生改变，进而导致等效 LRC电路的谐振频率产生偏移，我们可以通过谐振频率的偏移量来检测牛奶的变质程度。本文首先提出基于交流阻抗分析法的牛奶变质程度检测等效电路模型，结合网络分析仪和自制的圆桶型电容器搭建实验平台，并设计完成牛奶变质过程检测实验，最终设计出基于网络分析技术的牛奶变质度检测系统。相对于其他牛奶质量检测方法和系统，本文研制的检测系统不需要培养皿和化学试剂，并且具有操作简单、灵敏度高、抗干扰能力强和实时快速检测等优点。
　　围绕牛奶变质程度检测的具体需求，本文主要研究了以下内容：
　　(1)提出系统检测等效电路模型，对其进行理论分析，根据实际情况选取电容器的最优参数，由所得参数设计出圆桶型电容器，并通过3D打印机打印出来。
　　(2)结合网络分析仪和圆桶型电容器搭建牛奶变质程度检测平台，设计完成牛奶变质过程实时检测实验，并根据实验数据分析谐振频率偏移与牛奶变质程度之间的关系。
　　(3)基于 FPGA+ARM架构设计出家用式牛奶变质程度检测系统用于检测电路的回波损耗系数，详述检测系统结构和工作原理，并着重介绍系统硬件电路及其驱动设计。
　　(4)基于Qt5完成牛奶变质程度检测系统的应用软件设计。
　　(5)将嵌入式系统与应用程序移植到Cortex A9上，系统正常运行。
　　(6)通过牛奶变质检测实验，验证了整个系统的有效性和可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外牛奶质量检测方法及仪器研究现状

1.3 本课题难点

1.4 本文主要研究内容及结构安排

第二章 阻抗分析法及牛奶质量检测实验

2.1 交流阻抗分析法

2.2 等效电路模型及分析

2.3 牛奶质量检测实验

2.4 本章小结

第三章 射频网络分析技术

3.1 网络分析仪分类

3.2 矢量网络分析仪工作原理

3.3 网络分析仪的误差校准

3.4 本章小结

第四章 检测系统的硬件电路及其驱动设计

4.1 整体架构设计

4.2 dds模块设计

4.3 ADC模块设计

4.4 VNA_CTL模块设计

4.5 本章小结

第五章 牛奶变质度检测系统嵌入式软件程序设计

5.1 嵌入式开发及运行环境

5.2 应用程序的设计

5.3 Linux+Qt5系统的移植

5.4 本章小结

第六章 系统功能测试及实验

6.1 系统功能测试

6.2 检测实验

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 论文展望

参考文献

附录1

附录2

附录3

致谢

硕士期间取得的成果