油品电学参数检测系统设计范文

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《电子器件杂志》2014年第三期

1检测电路的设计

一般为了提高测量精度和灵敏度，会增加相当的模拟电路、硬件电路复杂，大量分立元件的使用使系统的寄生电容增大。本文利用集成电路芯片电容检测芯片AD7746，配以相应外围电路。并利用PIC18F452单片机进行控制和数据处理。

1．1AD7746简介AD7746采用24bitΣ－Δ技术，片内自带电压参考和时钟发生器，并内置可编程补偿电路，其结构如图。标准的Σ－Δ通过在芯片内的固定电容器和外界输入(电压)之间切换实现转换，而AD7746的Σ－Δ电路做了改进，即用固定输入电压和可变电容器之间切换实现转换，这里，固定输入电压为片内电压激励(250kHz的方波信号)，可变电容器即为待测电容［3］，如图3所示。AD7746可直接连待测电容器，测得电容值转换成数字量后存放于片内3个连续的寄存器内。测量可变电容的范围为±4pF，可通过在片内编程补偿设置0～17pF的偏置。其2组电容测量输入通道均可接成单端浮地或差分浮地形式［4］。AD7746采用I2C串行接口，可以方便地利用单片机进行控制和修正。片内共有19个寄存器，其中，与电容测量有关的主要有电容值寄存器、激励模式寄存器、测量通道寄存器、测量模式寄存器、片内补偿设置寄存器、偏置设置寄存器等。

1．2硬件电路设计AD7746采用I2C串行接口，方便单片机进行控制和修正，本设计由叉指电容传感器、电容检测芯片、微控制器、LCD显示组成［5］。其系统框图如图4所示。单片机选择带有I2C串行接口的PIC18F452单片机，PIC18F452是一款具有低功耗、抗干扰能力强、内部资源丰富的高性能精减指令集位单片机，16bit宽度指令，8bit宽度数据。其指令兼容PIC16系列和PIC17系列单片机。内部32KFLASH，1．5KRAM，振荡频率最大可达40MHz，8通道10bitA/D，采样速率高，可编程［6］。PIC18F452单片机对AD7746内部寄存器进行设置和测量电容值的读取，再进行数据分析和处理，通过LCD1602C显示出来。在单端浮地测量方式下，AD7746的电容器输入“CIN”和激励“EXC”分别接待测电容器的叉指两极板，AD7746测得电容值C包含待测极板电容C1和附加电容。

2串行通信软件实现

本设计用Microchip公司为其PIC系列微控制器专门配备的MPLAB集成开发环境，用PIC系列微控制器的C语言在MPLABIDEV8．60集成开发环境下运行调试完成的。食用油检测装置软件设计的主导思想是利用软件代替和简化硬件，利用基本的硬件电路和软件技术达到系统多功能集成、容易修改的要求。在成功地搭建了一个相对比较简单的硬件电路后，食用油检测装置功能的主要实现是依靠软件设计完成的。AD7746内部共有19个8bit寄存器，每一个寄存器都有自己特定的地址，如果想对某可写寄存器进行参数修改，只需根据它的地址进行写操作，将待修改的数值写进去。AD7746寄存器的读写应严格按照器件的读写时序。读写时序如图5所示。在数据传送中，SDA携带数据，SCL与之同步。不管是读还是写，发送到SDA线上的每个字节必须为8bit，每个字节后必须跟一个应答位。但每次传输可以发送的字节数量不受限制。被传送的数据主要由启动信号、地址码、若干数据字节、应答位以及停止信号等组成。在数据传送过程中，当SCL线是高电平时，必须保证SDA线上的数据稳定。传送一个字节的数据，必须由接收机发出一个应答信号。器件的读写应按图6进行操作。在进行读时，微控制器首先应发出启动信号S，然后向AD7746写入写地址SLAVEADDR，微控制器收到应答信号A(S)后，就可写入内部所需寄存器的地址SUBADDR。当微控制器再次收到应答A(S)后，再发起一次启动信号S，然后即可写器件读地址SLAVEADDR。微控制器第3次收到应答信号A(S)以后，主机、从机之间的握手信号就完成了，之后从机就会源源不断地将器件内部的数据传送出来。在传送数据的过程中，无须再写内部寄存器地址。如果不是专门需要某个寄存器的值，那么内部寄存器的数值就会被依次输出，因为内部寄存器的地址指针具有自动加1的功能［8］。图7主程序流程图图7和图8分别表示主程序流程图和AD7746读数字电容寄存器流程图。

3实验与分析

先对不同食用油品进行测量，如表1所示。再根据其中一种介电常数最小的油品向里依次加地沟油测量电容值，如表2所示。然后再对煎炸次数不同的使用油测量其电容值，如表3所示。用超市购买的新鲜的花生油1L和超市购买的鸡腿每份质量约100g进行试验，室温取为25℃，每次都采用相同的煎炸温度150℃，每次煎时间都控制在0．5h，煎炸过程中不放任何调味品防止Na等金属离子对测量结果的影响。分别对鸡腿煎炸1次、2次、3次、4次，取出油样、过滤、冷却到室温后，放入事先备好的容器内以备使用。首先检测不同食用油品电容值，好的食用油不同种类间的电容值也不相同，结果发现:(1)花生油的电容值最小，调和油的电容值最大，说明调和油往往里面掺有其他油成分，极化分子多，花生油比较优质，掺有其他成分较少，极化分子少。(2)我们又选用电容值较小的花生油向其中依次添加地沟油测量其电容值，结果发现随着添加的地沟油滴数的增加，电容值依次增加。油品两次测量数据波动范围较小。(3)加热温度越高，介电常数增加越快，说明在高温下，油分子的化学反应更加剧烈，生成较多的极化成分。(4)经过加热煎炸处理后，电容值普遍增大，随着煎炸次数增加，从健康角度考虑，煎炸时间长极化分子增多，当超出一定范围时对健康构成潜在威胁，因此食用油煎炸时间、次数应尽量减少，食用油加工的炸油应定期更换，不要长期煎炸。(5)用食用油的介电常数的变化来判定油在高温加热使用质量变化是一种比较简单易行的方法。

作者：彭玉峰赵丽丽杨少歌周军晓单位：河南师范大学物理与电子工程学院