專利名稱：冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種通過依附在冷鮮豬肉表面的溫度傳感器實時溫度，再調(diào)用規(guī)則庫中
的算法預(yù)測其貨架期并使用顯示屏顯示多種數(shù)據(jù)的指示器。
背景技術(shù)：
當前，消費者對豬肉的消費取向在發(fā)生重大變化，其對"放心肉"的需求大大增加， 只有更安全衛(wèi)生、更營養(yǎng)的冷鮮豬肉才能滿足其消費需求。在這樣的需求引導(dǎo)下，食品的安 全性和可追溯性將是消費者關(guān)注的焦點。但迄今為止，尚未有電子式冷鮮豬肉品質(zhì)檢測裝 置出現(xiàn)。 現(xiàn)有的乳制品的貨架期預(yù)測裝置是以嵌入式系統(tǒng)原理設(shè)計的，存在較多缺點，如 預(yù)測準確度低、電源供電、功耗高、體積大并且使用不方便，并且不具備歷史溫度和貨架期 的查詢功能(即無法確保食品的可追溯性)，在乳制品品質(zhì)處于臨界點不能實時報警等， 沒有在現(xiàn)實生活中得到應(yīng)用。因此，急需一種高預(yù)測精度、小巧、超低功耗、可追溯歷史數(shù) 據(jù)、在冷鮮豬肉任何階段均可以方便使用的貨架期預(yù)測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明冷鮮豬肉貨架期預(yù)測裝置的目的在于，為冷鮮豬肉提供一種實時品質(zhì)檢測儀 器，解決冷鮮豬肉品質(zhì)預(yù)測難以跟隨環(huán)境變化而實時變化的難題，并且支持其歷史品質(zhì)變 化數(shù)據(jù)的追溯功能。 為實現(xiàn)上述功能，本指示器通過溫度傳感器DS18B20每隔固定時間采集冷鮮豬肉 的實時溫度，通過溫度傳感器的雙向數(shù)據(jù)傳輸線DQ將溫度值傳輸至微處理器MSP430F1XX， 微處理器依據(jù)該溫度值選擇貨架期預(yù)測規(guī)則庫中的某個規(guī)則預(yù)測冷鮮豬肉的實時的剩余 貨架期；而后，液晶顯示屏LM6059BCW實時更新溫度、貨架期以及系統(tǒng)時間。當冷鮮豬肉的 實時溫度高于溫度閾值時，液晶屏上顯示溫度值閃爍報警以提示用戶，每間隔30分鐘報警 一次直至溫度低于溫度閾值；當冷鮮豬肉的實時貨架期低于貨架期閾值時，蜂鳴器報警以 提示用戶，每間隔30分鐘報警一次直至冷鮮豬肉售出或者系統(tǒng)預(yù)測結(jié)束。最終實現(xiàn)了冷鮮 豬肉品質(zhì)、環(huán)境狀況的自動化、智能化檢測。 本貨架期預(yù)測指示器所用的軟件主要包括主程序、溫度采集子程序、貨架期計算 子程序、溫度報警子程序、貨架期報警子程序、數(shù)據(jù)存儲子程序、液晶顯示子程序、系統(tǒng)時間 運行子程序、與上位機通信子程序等。 所述的指示器包括超低功耗微處理器芯片MSP430F1XX及其外圍電路、溫度傳感 器DS18B20模塊、單鍵按鍵模塊、貨架期報警模塊、液晶屏LM6059BCW顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲 AT24C64模塊、日歷時鐘芯片DS1302模塊以及基于串口 RS232的通信模塊，各模塊的模塊 組成框圖以及各芯片間連接電路和電信號電路，見圖l和圖2。其中，微處理器MSP430F1XX 接收溫度傳感器DS18B20采集到的溫度值，依據(jù)該溫度值選擇規(guī)則庫中的某種規(guī)則計算貨 架期，然后把名稱(冷鮮豬肉)、溫度、貨架期、系統(tǒng)時間送由液晶屏LM6059BCW顯示。其中，
3系統(tǒng)時間是由日歷時鐘芯片DS1302提供的，該時間在液晶屏上顯示的格式是"月月日日時 時分分"。每次更新的實時溫度、實時貨架期、系統(tǒng)時間都以I2C的通信方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù) 存儲芯片AT24C64中進行存儲，待用戶需要追溯歷史數(shù)據(jù)時，便可將這些數(shù)據(jù)調(diào)出在本指 示器的液晶屏上顯示或者上傳至電腦以文本方式查看。高預(yù)測精度、小巧、超低功耗、可追 溯歷史數(shù)據(jù)、在冷鮮豬肉任何階段均可以方便使用等優(yōu)點，為實時監(jiān)測冷鮮豬肉的品質(zhì)提 供了高效便捷的工具，極大地提高了冷鮮豬肉的品質(zhì)保障程度和利用效率。


圖1為本發(fā)明的組成模塊示意圖
圖2為本發(fā)明的硬件設(shè)計示意圖
圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)功能示意圖
圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)總流程圖
具體實施例方式
以下內(nèi)容是結(jié)合附圖對本發(fā)明的貨架期預(yù)測指示器作進一步詳述。
冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器，其組成模塊示意圖包括超低功耗微處理模塊 (MSP430F1XX)、溫度傳感器模塊(DS18B20)、單鍵按鍵模塊(復(fù)位、菜單、跳轉(zhuǎn)、確定、〈、>)、 蜂鳴器報警模塊(貨架期報警)、液晶顯示模塊(LM6059BCW)、數(shù)據(jù)存儲模塊(AT24V64)、日 歷時鐘模塊(DS1302)、串口通信模塊(RS232通信協(xié)議)以及電源處理模塊(5V Li電池) 等；其中，溫度報警功能全部由軟件實現(xiàn)。 首先，溫度傳感器模塊在預(yù)設(shè)的時間點采集冷鮮豬肉表面的實時溫度，微處理 器按照該溫度值選擇貨架期預(yù)測規(guī)則庫中的某條規(guī)則，采用對應(yīng)的一級動力學(xué)反應(yīng)式和 Arrhenius方程計算冷鮮豬肉的實時貨架期；而后，微處理器將這些數(shù)據(jù)傳輸至液晶屏顯 示。溫度值或者貨架期值過閾值時，指示器報警；系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度閾值為2(TC，貨架期閾值 為1.5天，用戶可以可根據(jù)需要修改溫度閾值以及貨架期閾值。最后，當冷鮮豬肉售出或者 貨架期為零時，指示器結(jié)束該次貨架期預(yù)測過程。指示器每次的實時溫度、貨架期、系統(tǒng)時 間都按照12C通信協(xié)議傳輸至數(shù)據(jù)存儲芯片AT24C64中保存；當用于需要這些數(shù)據(jù)時，微處 理器便從該存儲芯片中讀出數(shù)據(jù)，經(jīng)USARTO將數(shù)據(jù)按照RS232串口協(xié)議的通信方式將這些 數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，從而可以追溯冷鮮豬肉的品質(zhì)變化過程。 本系統(tǒng)存儲容量大(60KB FLASH、64Kb數(shù)據(jù)存儲)、計算能力強，軟件模塊化智能 化，擁有統(tǒng)一完整的外部調(diào)試JTAG接口和通用標準RS232串行通信口 ，并芯片MSP430F1XX 預(yù)留了很多端口，從而使得本指示器具有很好的擴展性和高度的靈活性。裝置硬件電路設(shè) 計包括基于MSP430F1XX的微處理器、溫度傳感器、液晶顯示屏、數(shù)據(jù)存儲芯片、日歷時鐘芯 片、單鍵按鍵、蜂鳴器以及基于RS232的串口通信電路，構(gòu)成了各芯片連接電路和電信號連 接電路的嵌入式硬件平臺。本指示器的軟件采用模塊化設(shè)計，各物理器件均有對應(yīng)的子程 序以完成各自的功能，如液晶顯示屏的液晶顯示子程序?qū)崿F(xiàn)了歡迎界面、系統(tǒng)功能菜單界 面、設(shè)定初始參數(shù)界面、實時界面、溫度查詢界面、數(shù)據(jù)傳輸界面、初始貨架期界面、初始系 統(tǒng)時間界面、更改默認閾值界面、數(shù)據(jù)傳輸過程界面、數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束界面、問詢預(yù)測結(jié)束界 面、預(yù)測結(jié)束界面等13個界面的顯示，配合本指示器的6個按鍵可簡單高效地實現(xiàn)冷鮮豬肉的品質(zhì)監(jiān)測。其中，"復(fù)位"鍵可以實現(xiàn)指示器的復(fù)位操作，使指示器重新運行；在指示器 運行在13個界面中的任何界面時，按"菜單"鍵均可使該界面返回到系統(tǒng)功能菜單界面。
本發(fā)明裝置采用的主要技術(shù)如下
1.嵌入式技術(shù) 對于整個指示器的設(shè)計，是基于嵌入式技術(shù)的理論進行的。嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點 是可大量采集信號，處理速度快，實時性好；本指示器的主控制器采用TI公司生產(chǎn)的超低 功耗微處理器MSP430F1XX，其自帶有60KB FLASH和2KB RAM, FLASH主要用于存放系統(tǒng) 軟件，溫度采集軟件、貨架期計算軟件等，RAM主要用于存儲指示器運行過程的中間變量。 MSP430F1XX的主頻率可達8Mhz，使其快速處理數(shù)據(jù)的能力得到保障，并且硬件乘法器的存 在使系統(tǒng)能夠更快地得到白對蝦的實時貨架期；其USART支持UART功能和SPI功能，本指 示器采用UART方式實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的快捷傳輸；定時器實現(xiàn)了對溫度采集時間和貨架期計 算時間的定時功能，當定時時間間隔到時，就觸發(fā)指示器采集溫度并計算貨架期。
2. 12C技術(shù) 微處理器MSP430F1XX與數(shù)據(jù)存儲器AT24C64之間的數(shù)據(jù)傳輸采用12C通信技術(shù)， I2C串行總線技術(shù)一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。數(shù) 據(jù)存儲芯片AT24C64的串行數(shù)據(jù)線SDA接口是雙向的，輸出電路用于向MSP430F1XX總線上 發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收MSP430F1XX總線上的數(shù)據(jù)。而串行時鐘線SCL也是雙向的， 作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的Master MSP430F1XX， 一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時鐘信號， 另一方面還要檢測總線上的SCL電平；作為接受主機命令的Slave AT24C64，要按總線上的 SCL信號運行或接收SDA上的信號。本指示器的實時數(shù)據(jù)的存儲與查詢，便是通過Master MSP430F1XX通過SCL和SDA的配合發(fā)送指令和數(shù)據(jù)操控Slave AT24C64來實現(xiàn)的。
3. RS232技術(shù) 本指示器存儲于以12C通信方式實現(xiàn)存儲至芯片AT24C64里的數(shù)據(jù)，在用戶需要 時，可以通過RS232串口通信方式傳輸至上位機上。RS232是迄今為止發(fā)展較為成熟的串口 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸過程信號穩(wěn)定，不需要外接電源，只需2號、3號引腳便可以實現(xiàn)與 微處理器MSP430F1XX的USARTO的數(shù)據(jù)傳輸，因此被選作本指示器與電腦的通信協(xié)議。系 統(tǒng)微處理器MSP430F1XX的UTXDO、URXDO支持UART數(shù)據(jù)傳輸方式，分別與RS232串口 2號、 3號引腳連接，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，其中本指示器自定義RS232的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包以及數(shù)據(jù) 傳輸過程。
權(quán)利要求
本發(fā)明是一種基于超低功耗嵌入式微處理器MSP430F1XX的冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器，主要由微處理器MSP430F1XX、溫度傳感器DS1302、液晶顯示器LM6059BCW、日歷時鐘芯片DS1302、RS232串口、64Kb數(shù)據(jù)存儲芯片AT24C64、蜂鳴器報警電路、6個獨立單鍵按鍵(即復(fù)位、菜單、跳轉(zhuǎn)、確認、<、>)電路等外圍電路以及各芯片間的連接電路組成。
2. 基于超低功耗嵌入式微處理器MSP430F1XX的冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器，其自帶 的60KBFLASH主要用于存放系統(tǒng)代碼，如主程序、溫度采集子程序、貨架期計算子程序、溫 度報警子程序、貨架期報警子程序、數(shù)據(jù)存儲子程序、液晶顯示子程序、系統(tǒng)時間運行子程 序、與上位機通信子程序等；其自帶的2KB RAM主要用來存儲系統(tǒng)運行時的中間數(shù)據(jù)，如計 算貨架期時的過程數(shù)據(jù)等。其中，與上位機通信是通過RS232串口，每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包長度 為4個字節(jié)，每傳輸3次(即系統(tǒng)時間、溫度、貨架期)組成一組數(shù)據(jù)。另外，本指示器的 數(shù)據(jù)存儲子程序，主要用于存儲指示器運行時的實時數(shù)據(jù)，以I2C的通信方式進行存儲；待 用戶要求指示器與上位機通信時，則調(diào)用存儲的實時數(shù)據(jù)，經(jīng)串口將數(shù)據(jù)傳輸至電腦上，并 以.txt文本方式進行存儲。
3. 基于超低功耗嵌入式微處理器MSP430F1XX的冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器，其貨架 期計算算法是基于TTT(Time-Temperature-Tolerance)理論預(yù)測冷鮮豬肉的貨架期。冷鮮 豬肉共有揮發(fā)性鹽基氮(TVBN)、鮮度指標(K值)、微生物數(shù)量(菌落總數(shù))、感官評定、ra 值等5個指標可作為其貨架期計算的參數(shù)，本指示器選擇TVBN、 K值、菌落總數(shù)作為一級化 學(xué)動力學(xué)模型和Arrhenius方程的參數(shù)，在不同的溫度條件下選用規(guī)則庫中不同的規(guī)則計 算計算冷鮮豬肉的貨架期。
4. 冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器選用5V鋰電池供電，故選用的微處理器是超低功耗 芯片MSP430F1XX，并且其各個模塊的運行時完全獨立的，即定時器、輸入/輸出端口 、看 門狗、液晶顯示屏等都可以在主CPU休眠的狀態(tài)下獨立運行。在指示器正常工作時芯片 MSP430F1XX運行在低功耗模式LMPO (5V， 55uA)，每隔固定時間內(nèi)喚醒一 次進入活動模式 (5V，300uA)，在更新系統(tǒng)時間、實時溫度、實時貨架期后進入低功耗模式LMPO。較不使用低 功耗模式的指示器使用壽命，本指示器使用壽命是前者壽命的4. 75倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷鮮豬肉貨架期預(yù)測指示器。本指示器屬于通過采集豬肉的溫度進而檢測其品質(zhì)的技術(shù)領(lǐng)域。在豬肉自產(chǎn)出至售出前的流通過程中，指示器通過實時采集豬肉的溫度、并預(yù)測其貨架期。本指示器體積小、使用方便，可直接依附于冷鮮豬肉表面，對其溫度、貨架期、系統(tǒng)時間進行實時更新和顯示。指示器使用高精度的溫度傳感器DS18B20采集冷鮮豬肉的表面溫度，通過數(shù)據(jù)線DQ將溫度值傳輸至微控制器MSP430F1XX，而后控制器按照基于溫度的TTT理論預(yù)測其實時貨架期，再由液晶屏LM6059BCW顯示該溫度值和貨架期值，以及系統(tǒng)時間、食品名稱。系統(tǒng)時間、實時溫度和貨架期均每隔1小時存儲擴展存儲卡里，待用戶需要時，經(jīng)指示器串口將這些數(shù)據(jù)傳輸至電腦。本指示器預(yù)測精度高、功耗低、功能多、操作簡便，高效地解決了冷鮮豬肉在流通過程中貨架期預(yù)測的難題。
文檔編號G01N25/20GK101769884SQ20091020152
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者劉慧芳, 李毓婷, 謝晶, 陳明 申請人:上海海洋大學(xué)