谷物品質(zhì)快速檢測儀關(guān)鍵部件的研究與設計

　　一、概述

　　谷物品質(zhì)快速檢測儀是應用近紅外光譜分析技術(shù)來(lái)檢測谷物的內部品質(zhì)，如粗蛋白，水分等。隨著(zhù)光學(xué)、計算機處理技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)理論和方法的不斷發(fā)展，以及新型近紅外儀器的不斷出現和軟件版本的不斷翻新，近紅外光譜技術(shù)的穩定性、實(shí)用性和準確性不斷提高；其分析快速，簡(jiǎn)便，非破壞性以及可同時(shí)測定多成分的優(yōu)點(diǎn)不斷為人們所認識；不僅可用來(lái)測定樣品的水分、粗蛋白、脂肪、淀粉等常量成分，還被用來(lái)測定氨基酸、脂肪酸，以及對生產(chǎn)加工過(guò)程進(jìn)行在線(xiàn)質(zhì)量控制；分析對象也從粉樣樣品擴展到分析完整籽粒樣品[5]。

　　本文研究的目的就是快速、準確地測得谷物品質(zhì)的相關(guān)參數，所以?xún)x器的性能就體現在快速、準確的測試并分析測試結果的能力。圖1為近紅外光譜儀的裝置示意圖，近紅外光譜儀一般由光源、分光系統、測樣器件、檢測器和控制及數據采集處理系統組成；其中的關(guān)鍵部件就是光譜數據采集和分析單元，本文主要討論數據采集部分的設計及實(shí)現。

　　圖1.近紅外光譜儀器示意圖

　　1－光源；2－分光系統；3－反光鏡；4－測樣器件；5－漫反射檢測器；

　　6－透射檢測器；7－計算機；8－USB數據采集通訊部分

　　由于我們使用的是基于電荷耦合器件（CCD）的多通道近紅外光譜儀，這類(lèi)儀器掃描光譜速度快，一般單張光譜的掃描速度只有幾十毫秒，所以對CCD信號的采集和傳輸速度有比較高的要求，為滿(mǎn)足這些速度要求所以采用USB接口方式取代原來(lái)的并口通訊方式。同時(shí)為了適應現代儀器的小型化和通用化，儀器和計算機的連接也要求我們選擇USB接口總線(xiàn)，從而實(shí)現光譜數據的高速采集和傳輸，并完成谷物品質(zhì)的快速檢測。

　　二、系統設計

　　該系統可對4路模擬信號進(jìn)行不間斷采集，輸入信號范圍－10V～+10V，AD轉換位數16位。設計多通道數據采集目的，為了實(shí)現多通道的差分信號采集來(lái)補償溫度等其它因素產(chǎn)生的噪聲。由于溫度的變化對CCD有很大的影響，所以系統采用了兩個(gè)CCD，每?jì)陕穼ν粋€(gè)CCD進(jìn)行差分采集。其中一個(gè)CCD作為光譜掃描，另一個(gè)放置和前一個(gè)相鄰的位置用作差分補償。通過(guò)多通道差分補償能提高系統的性能，從而保證測量的準確性。

　　該采集系統總體框架為主機（能支持USB2.0計算機）、內部包含CPU及FIFO高速緩存的USB接口控制芯片FX2和高速模數轉換器（ADS7825）。系統分為硬件設計和軟件設計兩部分。其中硬件設計主要是以ADS7825為核心的數據采集單元和以FX2為核心的USB接口單元兩部分。軟件可分為三部分：采用Keil C51語(yǔ)言編寫(xiě)的FX2的芯片固件程序、Visual C＋＋編寫(xiě)的USB設備驅動(dòng)程序和上位機Win32應用程序。下面分別介紹數據采集的軟硬件設計部分。