本發(fā)明屬于肉類樣品品質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及牛肉味覺品質(zhì)智能測控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

牛肉中含有豐富的蛋白質(zhì)，其含量高，所以味道鮮美，人們非常喜愛，享有“肉中驕子”的美稱。牛肉的味覺品質(zhì)是人們關(guān)注的熱點(diǎn)，牛肉產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，使得牛肉味覺品質(zhì)的研究不僅具有重要的科研價(jià)值，更具有重要的商業(yè)價(jià)值。目前，國內(nèi)外對(duì)牛肉味覺的檢測方法有：(1)儀器分析技術(shù)(色譜法、光譜法、毛細(xì)管電泳等)，一般采用的設(shè)備都較昂貴并且儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作步驟繁瑣，最重要的是周期長，無法快速獲得結(jié)果。如色譜法檢測得到的結(jié)果與人的感官感受如酸、苦、甜、辣等之間存在很大距離，并且只能得到被測樣品某種或某幾種成分的定性定量結(jié)果；(2)電子舌檢測技術(shù)，電子舌是一種基于生物味覺模式，由交互敏感傳感器陣列、信號(hào)調(diào)整電路以及模式識(shí)別算法構(gòu)成的模擬哺乳動(dòng)物味覺系統(tǒng)的智能分析儀器，由于電子舌使用的是化學(xué)傳感器，這就使其成本變高，不能廣泛使用，另外選擇性、靈敏性及響應(yīng)速度都較低；(3)仿生細(xì)胞傳感器，該傳感器是通過模擬生物味覺系統(tǒng)為基礎(chǔ)而建立的。其利用生物體的活性材料作為感知元件，來達(dá)到與生物體的味覺系統(tǒng)相似的檢測程度，因此仿生味覺傳感器具有靈敏度高、檢測限低、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。仿生味覺傳感器主要由生物活性材料與物理化學(xué)探測器組成。味覺細(xì)胞、組織和生物分子是生物活性成分的主要來源，而這些活性成分在離體條件下易失活從而限制了仿生味覺傳感器的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的操作復(fù)雜、檢測成本高、處理時(shí)間長，不能很好的客觀、快速檢測牛肉味覺品質(zhì)等缺點(diǎn)，研制一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測牛肉味覺品質(zhì)的智能測控系統(tǒng)。

本發(fā)明以PLC技術(shù)作為整個(gè)檢測系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測，操作方便快捷。該檢測系統(tǒng)利用傳感器陣列采集數(shù)據(jù)，可以用于牛肉味覺品質(zhì)的快速檢測。

為解決現(xiàn)存的技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，結(jié)合附圖說明如下：

牛肉味覺品質(zhì)智能測控系統(tǒng)，包括牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測裝置、PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；

所述牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測裝置由外箱體、傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)、線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)、樣品水平移動(dòng)臺(tái)及定位系統(tǒng)組成；

所述PLC控制系統(tǒng)由PLC控制器、第一繼電器、第二繼電器及開關(guān)電源組成；

所述數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)由傳感器陣列及數(shù)據(jù)采集卡組成；

所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)推桿、行星減速器及上位機(jī)組成；

所述線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)通過水平支撐臺(tái)固定在距離底座上方，所述樣品水平移動(dòng)臺(tái)通過卡扣、螺釘G固定在線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)上；所述第二步進(jìn)電機(jī)通過螺釘H固定在線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)上，在第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下能帶動(dòng)樣品水平移動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)水平方向地移動(dòng)；

所述電動(dòng)推桿通過螺釘A固定在外箱體的底座上；

所述傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)與行星減速器相連，行星減速器再與第一步進(jìn)電機(jī)連接，通過脈沖信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)位于線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)上方，通過直腳支架固定在垂直支撐柱上，并與行星減速器通過螺釘D相連；

所述傳感器陣列安放在傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)上，并與數(shù)據(jù)采集卡通過集線器、USB接口連接；

所述上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡通過USB接口連接；

所述定位系統(tǒng)由第一定位傳感器、第二定位傳感器、第一定位感應(yīng)片、第二定位感應(yīng)片組成；第一定位感應(yīng)片粘貼在感器陣列承載機(jī)構(gòu)下平面，第一定位傳感器通過第一定位傳感器支架和螺釘G固定在垂直支撐柱的一側(cè)，第二定位感應(yīng)片粘貼在樣品水平移動(dòng)臺(tái)下平面，第二定位傳感器通過第二定位傳感器支架和螺釘I固定在水平支撐臺(tái)。

進(jìn)一步地，所述的外箱體由玻璃板及支架組成。

進(jìn)一步地，所述的第一步進(jìn)電機(jī)與第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，用于控制傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的第二步進(jìn)電機(jī)與第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，用于控制線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)的水平運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述的傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)為一個(gè)圓盤，上面均勻設(shè)置有12個(gè)傳感器安放孔，用于安裝傳感器陣列。

進(jìn)一步地，所述的傳感器陣列由12個(gè)離子電極和一個(gè)參比電極組成，離子電極安放在傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)上，12個(gè)離子電極分別為鈉離子電極、pH離子電極、鈣離子電極、鉀離子電極、鉛離子電極、銅離子電極、銀硫離子電極、碘離子電極、溴離子電極、氟離子電極、氯離子電極及硝酸根離子電極。

進(jìn)一步地，所述的開關(guān)電源包括工作顯示燈、設(shè)備開關(guān)、急停開關(guān)、復(fù)位按鈕及啟動(dòng)按鈕。

進(jìn)一步地，技術(shù)方案中所述上位機(jī)通過ISPSoft2.06編程設(shè)置控制檢測系統(tǒng)的命令：開始和停止、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)周期數(shù)、傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)距離微調(diào)、樣品水平移動(dòng)臺(tái)運(yùn)行距離微調(diào)；

所述PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收并向上位機(jī)發(fā)送指令及數(shù)據(jù)，通過PLC的軟件編程輸出控制第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)，使第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測裝置控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益技術(shù)效果是：

1.本發(fā)明所述的牛肉味覺品質(zhì)檢測智能測控系統(tǒng)能全面、綜合地檢測評(píng)價(jià)牛肉味覺品質(zhì)。

2.本發(fā)明所述的牛肉味覺品質(zhì)檢測智能測控系統(tǒng)可以提供一種快速、客觀的牛肉味覺品質(zhì)檢測方法。

3.該裝置操作簡便、運(yùn)行快捷、可連續(xù)運(yùn)行、具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性。

4.通過進(jìn)一步的研究開發(fā)可以運(yùn)用到更多種類的液體樣品檢測，局限性小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)測控系統(tǒng)的主視圖；

圖2為本發(fā)明所述的牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)測控系統(tǒng)的左視圖；

圖3為本發(fā)明所述的傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖4為本發(fā)明所述的樣品水平移動(dòng)臺(tái)的主視圖；

圖5a為本發(fā)明所述的傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)與行星減速器、第一步進(jìn)電機(jī)連接的局部放大圖；

圖5b為本發(fā)明所述的第一定位傳感器對(duì)傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的定位示意圖；

圖5c為本發(fā)明所述的第二定位傳感器對(duì)樣品水平移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)距離定位的示意圖。

圖中：1.底座，2.螺釘，3.電動(dòng)推桿底座，4.電動(dòng)推桿，5.外箱體，6.水平支撐臺(tái)，7.螺釘A，8.線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)，9.第一步進(jìn)電機(jī),10.垂直支撐柱，11.螺釘B，12.行星減速器，13.螺釘C，14.傳感器安放孔，15.傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)，16.螺釘D，17.直角支架，18.第一定位感應(yīng)片,19.第一定位傳感器,20.工作顯示燈，21.螺釘E，22.第一定位傳感器支架，23.設(shè)備開關(guān)，24.螺釘F，25.卡扣，26.第二定位感應(yīng)片,27.樣品水平移動(dòng)臺(tái)，28.急停開關(guān)，29.第二定位傳感器，30.第二步進(jìn)電機(jī),31.螺釘G，32.螺釘H，33.復(fù)位按鈕，34.啟動(dòng)按鈕，35.第二定位傳感器支架

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說明。

實(shí)施例1

牛肉味覺品質(zhì)智能測控系統(tǒng)，包括牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測裝置、PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；

一、牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測裝置

所述牛肉味覺品質(zhì)自動(dòng)檢測裝置由外箱體、傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)、線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)、樣品水平移動(dòng)臺(tái)及定位系統(tǒng)組成。

外箱體主要由玻璃板及支架組成(長*寬*高：950*700*800mm)；

傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)直徑480mm，通過直腳支架固定在垂直支撐柱上；

線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)通過螺釘固定在水平支撐柱上；

樣品水平移動(dòng)臺(tái)通過卡扣、螺釘G固定在線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)上；

所述定位系統(tǒng)由第一定位傳感器、第二定位傳感器、第一定位感應(yīng)片、第二定位感應(yīng)片組成；第一定位感應(yīng)片粘貼在感器陣列承載機(jī)構(gòu)下平面，第一定位傳感器通過第一定位傳感器支架和螺釘G固定在垂直支撐柱的一側(cè)，第二定位感應(yīng)片粘貼在樣品水平移動(dòng)臺(tái)下平面，第二定位傳感器通過第二定位傳感器支架和螺釘I固定在水平支撐臺(tái)；

二、PLC控制系統(tǒng)

所述PLC控制系統(tǒng)由PLC控制器、第一繼電器、第二繼電器、開關(guān)電源組成，PLC控制器、第一繼電器、第二繼電器與開關(guān)電源相連以提供電力資源，PLC控制器分別與第一繼電器、第二繼電器相連，利用繼電器起到對(duì)電路自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)的作用。

所述的開關(guān)電源包括工作顯示燈、設(shè)備開關(guān)、急停開關(guān)、復(fù)位按鈕及啟動(dòng)按鈕。

三、數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由傳感器陣列及數(shù)據(jù)采集卡組成。

傳感器陣列型號(hào)為上海雷磁鈉離子電極、pH離子電極、鈣離子電極、鉀離子電極、鉛離子電極、銅離子電極、銀硫離子電極、碘離子電極、溴離子電極、氟離子電極、氯離子電極及硝酸根離子電極。

數(shù)據(jù)采集卡型號(hào)為北京啟創(chuàng)電子MPS110001型號(hào)，本發(fā)明中采用三個(gè)數(shù)據(jù)采集卡以滿足檢測需求。數(shù)據(jù)采集卡與傳感器陣列通過同心軸接線連接，與上位機(jī)通過USB借口相連。

四、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)推桿、行星減速器及上位機(jī)組成。

(1)第一步進(jìn)電機(jī)與第二步進(jìn)電機(jī)均為57HBP56AL4-TF1兩相步進(jìn)電機(jī)；第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均為57/86步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ZD-2HD542DM542；

第一步進(jìn)電機(jī)與第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，用于控制傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

第一步進(jìn)電機(jī)與行星減速器連接，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度；

第二步進(jìn)電機(jī)與第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，用于控制線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)的水平運(yùn)動(dòng)；

第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與第二步進(jìn)電機(jī)連接時(shí)，第二步進(jìn)電機(jī)4條輸入線分別接在第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)發(fā)射器的A+、A-、B+、B-的輸出接口處。

(2)電動(dòng)推桿通過螺釘固定在箱體底座上，通過脈沖信號(hào)控制其上下運(yùn)動(dòng)，從而使檢測樣品可以實(shí)現(xiàn)垂直方向的運(yùn)動(dòng)以完成檢測；

(3)上位機(jī)系統(tǒng)可以通過程序的編寫向PLC控制器發(fā)出指令，從而控制系統(tǒng)運(yùn)行。

五、上位機(jī)的運(yùn)行方式

上位機(jī)通過ISPSoft2.06編程設(shè)置控制檢測系統(tǒng)的命令：開始和停止、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)周期數(shù)、傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)距離微調(diào)、樣品水平移動(dòng)臺(tái)運(yùn)行距離微調(diào)。

六、運(yùn)行自動(dòng)檢測裝置

在機(jī)器工作前，將待測牛肉樣品按照標(biāo)準(zhǔn)制成牛肉汁并放入相應(yīng)檢測器皿中。

首先將活化好的12個(gè)傳感器安裝到傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)，然后在樣品水平移動(dòng)臺(tái)上放入3個(gè)燒杯從左至右編號(hào)1-3，之后在控制面板上設(shè)定好程序及相關(guān)參數(shù)并按啟動(dòng)鍵，則機(jī)器進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)開始進(jìn)行初始化，初始化完成后通過上位機(jī)人機(jī)交互界面控制機(jī)器開始正式工作，具體工作流程為：

1)樣品水平移動(dòng)臺(tái)在電動(dòng)推桿的帶動(dòng)下逐漸上升至檢測高度使1號(hào)傳感器浸入1號(hào)燒杯(穩(wěn)定液)中一定深度，電極浸沒深度為10mm；

2)傳感器在穩(wěn)定液中測定直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定；

3)樣品水平移動(dòng)臺(tái)在電動(dòng)推桿帶動(dòng)下下降至原位；

4)線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)帶動(dòng)樣品水平移動(dòng)臺(tái)向左移動(dòng)使2號(hào)燒杯與1號(hào)傳感器對(duì)齊，然后在電動(dòng)推桿帶動(dòng)下上升至檢測高度使1號(hào)傳感器浸入2號(hào)燒杯(樣品液)中一定深度完成檢測(電極浸沒深度為10mm)；

5)檢測后樣品承載臺(tái)在電動(dòng)推桿帶動(dòng)下下降至原位；

6)線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)帶動(dòng)樣品承載臺(tái)向左移動(dòng)使3號(hào)燒杯與1號(hào)傳感器對(duì)齊，然后在電動(dòng)推桿帶動(dòng)下上升至檢測高度使1號(hào)傳感器浸入3號(hào)燒杯(沖洗液)中一定深度完成電機(jī)清洗；

7)電機(jī)清洗后，樣品承載臺(tái)在電動(dòng)推桿帶動(dòng)下下降至原位，線性滾珠導(dǎo)軌滑臺(tái)帶動(dòng)樣品承載臺(tái)向右移動(dòng)至初始位置；

8)傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)36°轉(zhuǎn)到2號(hào)傳感器；

9)重復(fù)1)-7)檢測過程，完成檢測后，傳感器陣列承載機(jī)構(gòu)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至3號(hào)傳感器完成檢測，以此類推直到12號(hào)傳感器完成檢測；

10)檢測結(jié)束。

七、采集數(shù)據(jù)

采用支持向量機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并構(gòu)建預(yù)測模型。建立所述的支持向量機(jī)分析模型，從市場上購得大量的牛肉樣本，將每一個(gè)牛肉樣本分為相同的兩部分，一個(gè)用現(xiàn)有常規(guī)的牛肉味覺品質(zhì)等級(jí)檢測方法對(duì)給牛肉樣本進(jìn)行檢測，獲得較高準(zhǔn)確度的味覺品質(zhì)等級(jí)稱為標(biāo)準(zhǔn)值；將該牛肉樣本另一塊用于自動(dòng)檢測裝置檢測牛肉味覺品質(zhì)，即根據(jù)傳感器陣列相應(yīng)信號(hào)獲取不同的電壓值，通過對(duì)電壓值的融合分析處理得出一定范圍內(nèi)電壓值與牛肉味覺品質(zhì)等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)大量的檢測牛肉味覺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到不同牛肉味覺品質(zhì)等級(jí)對(duì)應(yīng)的電壓值范圍，利用這些數(shù)據(jù)完成支持向量機(jī)分析模型的訓(xùn)練(訓(xùn)練集：電壓值范圍與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng))，然后再用大量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測驗(yàn)證(預(yù)測集：用電壓值范圍預(yù)測味覺品質(zhì)等級(jí))，從而得出不同電壓值范圍對(duì)應(yīng)的牛肉味覺品質(zhì)等級(jí)，再將該等級(jí)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，得出準(zhǔn)確率，準(zhǔn)確率達(dá)到90％以上，證明該牛肉味覺品質(zhì)智能測控系統(tǒng)適用于牛肉味覺品質(zhì)等級(jí)檢測。