基于嵌入式的液体（油）电介质检测系统设计与实现

摘要

随着计算机、电子技术以及制造加工技术的发展,电子传感器技术也进入高速发展时期,已渗透了各行各业,给人类社会带来了翻天覆地的变化。而当前地沟油的现象越来越严重,给消费者的身体健康带来了严重的伤害,给有关执法部门制造了难题。主要是因为没有一种高效可靠的地沟油检测传感仪器,无法为执法部门提供强有力的测量依据,从而造成不法商人可以肆意妄为的局面。
　　目前,地沟油主要依赖化学方法进行检测,化学方法费时费力、需要专业操作人员、同时过多地使用化学药品检测对人和环境造成一定的影响,也不利于大规模推广。因此,急待研究快捷高效可靠的地沟油检测方法。
　　研究发现,油中极性成分含量常被用来作为判断是否是地沟油的一个指标。油的极性成分含量是影响油的介电特性的一个因素,而电容传感器的电容信号输出随油的介电常数的变化而变化。因此本课题依据油的介电特性不同,将油信号转换为电信号输出,制成一种新型液相介质地沟油电容传感器。与传统的检测方法相比,具有更能反应油质的好坏、制作简单、便于携带和成本低等优点。
　　本文主要介绍了目前地沟油检测方法的研究背景、研究意义及发展现状;阐述了电容测量及电容传感器原理,给出了介电常数的两个定义,分析了电介质中极性组分微粒与介电常数变化的关系,得出:当油变质或是经过加工的地沟油过后,其介电常数增大。最后从传统平板电容传感器的局限性出发,分析研究了同面散场电容传感器的原理、特点,以单元积分法推导其同面散场叉指形电容传感器的计算公式,并研究制作了叉指电容传感器。并以32位CORTEX-M系列的STM32F051微控制器为核心处理单元,研制开发了基于嵌入式系统的液体电介质检测系统,用于地沟油的电容传感器检测系统。最后利用所设计的电容传感器对各种油样品进行了检测,得出了油样品与各自输出电容值的对应关系和油的介电特性与其电容值的对应关系。
　　实验发现基于嵌入式系统的液体(油)电介质检测系统具有较高的灵敏度与可靠性,其输出电容值与油质的好坏具有良好的相关性。研究表明,基于嵌入式系统的液体电介质检测系统设计提供了一种新方法。

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第一章 绪论

§1.1研究背景及意义

§1.2研究现状及研究内容

第二章 液体介电常数测量的理论基础及电容传感器设计

2.1极性组分含量对电介质介电常数影响的分析

§2.2电容传感器设计

§2.3本章小结

第三章 检测系统硬件设计与实现

§3.1常用的电容测量电路

§3.2微小电容检测方案设计

§3.3信号处理与按键控制模块设计

§3.4显示模块设计

§3.5硬件电路抗干扰技术

§3.6本章小结

第四章 检测系统程序设计

§4.1检测系统总体软件设计

§4.2电容芯片AD7746的数据采集处理程序设计

§4.3按键控制程序设计

§4.4 LCD1602显示程序设计

§4.5本章小结

第五章 样机研制及实验

§5.1样机研制

§5.2样机实验

§5.4本章小结

第六章 总结与展望

§6.1本文总结

§6.2存在的问题以及展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附录一 用于地沟油的电容传感器检测系统硬件原理图

附录二 检测系统样机实物图