文档介绍：基于ARM+μCLinux的超声波牛奶成份检测仪的设计
摘要: 根据超声波在牛奶中传播的声学特性的变化与牛奶中的某些成分存在一定的函数关系,基于ARM核芯片S3C44B0X与实时操作系统μCLinux,提出了一种智能型超声波乳品成份检测仪设计方案,并在测时电路里运用了锁相环技术,提高了对超声传播的时间测量的精确度。
关键词: ARM 锁相环声波检测仪
牛奶作为一种有益人体健康的绿色饮品,其安全和质量检测,需要一种能快速检测牛奶品质的简便仪器,为人们的健康安全把关。国外乳品检测仪器都可较快的测量乳品的脂肪、蛋白质、乳糖等多种成份,自动化程度很高。但是也存在许多缺点:体积较大,仪器的操作和保养维护比较复杂,时间稳定性不高,经过一段时间就需要用新标准样品标定曲线,最主要的是此类仪器成本较高,售价高昂(百万元人民币以上),不利于在中国普及。目前国内拥有该仪器的公司并不很多,而且由于国外的售后服务不便,许多仪器因而得不到及时维修与保养而废弃[1]。
智能型牛奶质量快速检测仪,就是一种能解决这一难题的简易实用的仪器。它采用现代最新的超声检测技术, 对检测牛奶样品进行无损在线检测。检测仪基于先进的32位Samsung S3C44B0X(集成ARM7TIMI内核)微处理器和实时操作系统μCLinux研制而成。在时间精确测量上,采用了复合锁相环测时技术,提高了测量的精度和稳定度,所以整个检测仪集高技术、高精度和低成本于一体,具有很高的实用性。
1 检测仪硬件系统组成
整个检测系统是以S3C44B0X微处理器为核心,键盘为控制信号输入设备,LCD和微型打印机为输出设备,将检测到的牛奶数据和信息以图形和相关数据的形式显示和打印出来。检测超声波信号受电压信号激发,经过超声发射换能器将电压以超声波的形式辐射出去,在牛奶液媒质中传播。接收换能器将接收到的超声波信号转换成微弱的电信号,经过放大、滤波、整形后成为可以被检测到的电信号[2]。由于牛奶检测的温度对超声波在奶液中的传播速度有影响,应保持牛奶液在样品管中被检测时是恒定在某个温度,因此检测仪配有独特设计的恒温电路和温度传感器电路。由于超声在液体媒介中传播一般为900m/s~1900m/s,而且样品管的长度有限,所以超声在样品管中的时间很短,而牛奶中某些物质与传播时间的精确性有很紧密的函数关系[3],检测仪采用锁相环测时技术可以解决这个难题,将时间精确到10-7s以内。因为具有SoC(片上系统)功能的微处理器芯片S3C44BOX集成了丰富的外围功能模块,减少了许多外围器件,整个系统的硬件电路十分紧凑而且功耗较低。如图1所示。
2 Samsung S3C44BOX简介
ARM7TDMI是ARM(Advanced RISC Machine)公司最早为业界普遍认可且得到广泛应用的处理器,随着ARM技术的发展,它已是目前最低端的ARM核。ARM7TDMI是从最早实现了32位地址空间编程模式的ARM6核发展而来的,可在低于5V的电源电压下可靠稳定地工作,增加了64位乘法指令、支持片上调试、Thumb指令集和EmbededICE片上断电和观察点。
Samsung CMOS工艺制造,其主要的功能在ARM7TDMI的基础上增加了8KB的Cache; 在外部扩充存储器控制