專利名稱：快速檢測(cè)化肥各成分含量的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化肥成份的檢測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是指快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器。
背景技術(shù)：
雖然涉農(nóng)企業(yè)在不斷地提高農(nóng)資產(chǎn)品的科技含量和生產(chǎn)質(zhì)量，但仍有些產(chǎn)品令老百姓深感不滿意；雖然政府加大了打擊假冒偽劣產(chǎn)品的力度，但坑農(nóng)害農(nóng)的假種子假農(nóng)藥、假肥料等現(xiàn)象仍屢禁不絕，各類涉農(nóng)投訴案件不斷。農(nóng)資特別是化肥質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和收成?；手锌偟?、有效磷、鉀和氯離子含量是化肥比較主要的質(zhì)量指標(biāo)，前三者的質(zhì)量主要體現(xiàn)在實(shí)際養(yǎng)分含量低于標(biāo)示量，而氯離子超標(biāo)則會(huì)導(dǎo)致?tīng)€根，最終可能是相應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品絕收，重金屬鉛含量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的該指標(biāo)不合格，將嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品的銷售和出口，并危害消費(fèi)者的身體健康。
因此開(kāi)發(fā)可現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)化肥質(zhì)量的高科技裝備，在當(dāng)前顯得尤為重要。目前現(xiàn)場(chǎng)和基層應(yīng)用主要是采用國(guó)標(biāo)方法，采用重量法檢測(cè)或采用分光光度計(jì)檢測(cè)，偶爾也有采用將化肥用復(fù)雜方法處理后用土壤檢測(cè)儀器進(jìn)行檢測(cè)，但這些標(biāo)示“土壤檢測(cè)儀”或“土壤化肥檢測(cè)儀”的儀器均主要針對(duì)土壤樣品，即無(wú)機(jī)成分和水溶性成分，氮的檢測(cè)則只針對(duì)硝態(tài)氮，而對(duì)于有機(jī)成分，如尿素態(tài)氮，和枸溶性成分，即部分有效磷，則無(wú)法適用或不準(zhǔn)確。
國(guó)內(nèi)尚未研制出便攜、快速、低成本的專門針對(duì)化肥樣品進(jìn)行快速測(cè)定的儀器。另外根據(jù)目前的調(diào)查，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)上也沒(méi)有檢測(cè)化肥相關(guān)指標(biāo)的便攜式速測(cè)儀出現(xiàn)，其主要原因是，發(fā)達(dá)國(guó)家的化肥因產(chǎn)品監(jiān)督檢測(cè)較為嚴(yán)格，而基本無(wú)須再在流通領(lǐng)域進(jìn)行檢測(cè)，而國(guó)內(nèi)的化肥質(zhì)量問(wèn)題被有意無(wú)意地掩蓋，只是近年來(lái)才被陸續(xù)曝光，尚未引起專業(yè)機(jī)構(gòu)足夠的重視。在很多測(cè)定化肥質(zhì)量的方法中，必須加熱、消化或烘干，這些方式均不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)要求。而且這些樣品處理和檢測(cè)過(guò)程不但操作上要求要有專業(yè)人員執(zhí)行，而且測(cè)定的周期較長(zhǎng)。
相關(guān)法規(guī)的滯后，以及檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)裝備的落后等歷史原因，導(dǎo)致相關(guān)職能部門的執(zhí)法監(jiān)督水平跟不上消費(fèi)的要求，因而有必要從我國(guó)的國(guó)情出發(fā)有針對(duì)性開(kāi)發(fā)質(zhì)量?jī)?yōu)異、成本較低、科技含量高、方便現(xiàn)場(chǎng)使用的化肥質(zhì)量檢測(cè)裝備。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可對(duì)多樣品、多成份的化肥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的儀器。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，包括單片機(jī)及與單片機(jī)相連的輔助電路部分、光路部分、數(shù)據(jù)輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號(hào)調(diào)理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位于同一光路上，比色池位于單色光光源、光電池組二者之間；光源穩(wěn)壓控制電路的輸入端與單片機(jī)及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸入端與光電池組相連，信號(hào)輸出端與單片機(jī)相連。單片機(jī)及輔助電路部分用于計(jì)算與控制；數(shù)據(jù)輸入輸出部分用于與輸入輸出設(shè)備連接，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；單色光光源產(chǎn)生固定波長(zhǎng)的單色光，照射比色池中的已顯色反應(yīng)液，光電池組用于檢測(cè)透過(guò)反應(yīng)液的單色光的光強(qiáng)度，并將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入信號(hào)調(diào)理電路；信號(hào)調(diào)理電路將電信號(hào)進(jìn)行放大整形后輸出到單片機(jī)和輔助電路，進(jìn)行計(jì)算處理后將結(jié)果輸送至數(shù)據(jù)輸入輸出部分。
前述快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其單色光光源為一組單波長(zhǎng)的發(fā)光二極管。不同的單色光對(duì)應(yīng)于不同的檢測(cè)指標(biāo)。
前述快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其單色光光源也可為至少一個(gè)全波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，在該發(fā)光二極管與多通道比色池之間設(shè)有一組活動(dòng)的濾光片，該濾光片組連接有調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)濾光片的調(diào)節(jié)旋鈕。
前述快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其輔助電路包括與單片機(jī)相連的電源控制電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)監(jiān)控電路。
前述快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其數(shù)據(jù)輸入輸出部分包括RS232/USB接口模塊和GPRS/GSM接口模塊。
由上述對(duì)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)一，可以對(duì)多樣品、多成份的化肥同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，具有前處理方便、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速的優(yōu)點(diǎn)；二，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便攜的特點(diǎn)，可隨身攜帶至現(xiàn)場(chǎng)對(duì)化肥進(jìn)行檢測(cè)，方便工作人員隨身攜帶使用；三，可通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和整理、存檔，還可通過(guò)無(wú)線方式將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心或上級(jí)主管部門的數(shù)據(jù)庫(kù)。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例下面參照?qǐng)D1說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。
本實(shí)施例提供一種快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器。參照?qǐng)D1，該儀器包括單片機(jī)1及與單片機(jī)1相連的輔助電路部分2、光路部分3、數(shù)據(jù)輸入輸出部分4。該光路部分3包括光源穩(wěn)壓控制電路31、單色光光源32、濾光片組33及與其相連的可用于調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)濾光片的調(diào)節(jié)旋鈕37、多通道比色池34、光電池組35和信號(hào)調(diào)理電路36。
單色光光源32、濾光片組33、多通道比色池34和光電池組35依次位于同一光路上。光源穩(wěn)壓控制電路31的輸入端與單片機(jī)1相連，電壓輸出端與單色光光源32相連，光源穩(wěn)壓控制電路31受單片機(jī)1控制，為單色光光源32提供恒定的電壓，并控制單色光光源32的開(kāi)關(guān)。單色光光源32產(chǎn)生固定波長(zhǎng)的單色光，照射比色池34中的已顯色反應(yīng)液，光電池組35作為光接收器，用于接收并檢測(cè)透過(guò)反應(yīng)液的單色光的光強(qiáng)度，并將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入信號(hào)調(diào)理電路36。
信號(hào)調(diào)理電路36的信號(hào)輸入端與光電池組35相連，信號(hào)輸出端與單片機(jī)1相連。單片機(jī)1及輔助電路部分2用于計(jì)算與控制，該輔助電路部分2包括與單片機(jī)1相連的電源控制電路21、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路22、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路23和系統(tǒng)監(jiān)控電路24。電源控制電路21為整臺(tái)儀器提供穩(wěn)定可靠的電源，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路22用于系統(tǒng)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路23用于將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EEPROM中，系統(tǒng)監(jiān)控電路24用于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。信號(hào)調(diào)理電路36將光電池組35產(chǎn)生電信號(hào)進(jìn)行放大整形后輸出到單片機(jī)1，進(jìn)行計(jì)算處理后將結(jié)果輸送至數(shù)據(jù)輸入輸出部分4。
數(shù)據(jù)輸入輸出部分4主要包括RS232/USB接口模塊41和GPRS/GSM接口模塊42，用于與打印機(jī)、顯示器、鍵盤、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等輸入輸出設(shè)備或傳輸網(wǎng)絡(luò)連接，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)收集、整理和分析。
在本實(shí)施例中，單色光光源32為至少一個(gè)全波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕37選擇不同的濾光片，從而得到不同濾長(zhǎng)的單色光。然而，很容易想到的是，該單色光光源32也可采用一組單波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，而不需要濾光片組33。
該儀器的工作原理是利用化肥中各成分與相應(yīng)試劑在常溫下分別發(fā)生特異反應(yīng)，生成某種顏色的產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)果的顏色深淺與化肥中的各成分含量成正比，利用適當(dāng)波長(zhǎng)的單色光測(cè)定其吸光值，然后與單片機(jī)1內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線對(duì)比，從而得出各成分的大致含量。
固態(tài)光源雖然因發(fā)散角大、輻射能量低、光譜曲線不易匹配等原因阻礙了其在分析儀器上的采用，但根據(jù)光度計(jì)檢測(cè)原理，在各個(gè)樣品濃度點(diǎn)所測(cè)出的吸光度是個(gè)相對(duì)值，在每次測(cè)量時(shí)，只要把空白、樣品點(diǎn)一并測(cè)出，利用其差值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線就可消除固態(tài)光源的缺陷，因此本實(shí)施例采用固定波長(zhǎng)或全波長(zhǎng)的超高亮度發(fā)光二極管這一固態(tài)光源。
光電探測(cè)元件采用了高靈敏度的光電池組35，其響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為300至1050nm，光照特性為線性，頻率響應(yīng)特性在0至100kHz。在電路方面采用光致電壓即零偏置工作模式，這種電路雖然工作頻率響應(yīng)特性較差，長(zhǎng)波段靈敏度較低，但在恒定的光照下，為了光靈敏度和線性度，光電池被應(yīng)用到最大限度，且儀器各個(gè)通道的光源波長(zhǎng)都處在中短波，從而提高儀器的精密度。同時(shí)高靈敏度的光電池頻帶寬，在使用光譜帶寬內(nèi)的檢測(cè)靈敏度高，線性范圍寬，噪聲低或暗電流小、溫漂小，同時(shí)與之對(duì)應(yīng)的電路簡(jiǎn)單，故障率低、壽命長(zhǎng)，能滿足車載使用要求的抗震性。同時(shí)可配套12位的AD轉(zhuǎn)換芯片，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換方面要求。
其儀器控制軟件利用芯片供應(yīng)商提供的開(kāi)發(fā)軟件Silicon Laboratories IDE，設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的、已包括標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的儀器控制軟件，其控制界面友好、智能化程度高。由于本儀器的控制系統(tǒng)較為龐大，采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，設(shè)計(jì)出滿足儀器功能需要又方便檢測(cè)人員使用的界面。其界面采用菜單化管理，人機(jī)對(duì)話一目了然。只要在樣品預(yù)處理完畢，本儀器馬上就可檢測(cè)出相應(yīng)濃度，從速度與精度方面來(lái)看，都比同類儀器高一個(gè)等級(jí)。由于系統(tǒng)控制復(fù)雜，所包括的功能較多，又要保存大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，采用了64K Flash的大容量單片機(jī)。這樣控制程序所占用四十幾K的內(nèi)存，又可保存112頁(yè)各個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，以備需要查看。
配套的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件利用供應(yīng)商提供的無(wú)線模塊接口，用Delphi和匯編語(yǔ)言混合開(kāi)發(fā)出數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸軟件及數(shù)據(jù)處理軟件，可通過(guò)遠(yuǎn)程接收或與儀器連接接收數(shù)據(jù)，以便測(cè)試數(shù)據(jù)交流、匯兌，綜合分析給出更全面的評(píng)價(jià)結(jié)論。
軟件系統(tǒng)主要有打開(kāi)文件、保存文件、打印當(dāng)前、預(yù)覽當(dāng)前、打印全部、預(yù)覽全部、打開(kāi)串口、數(shù)據(jù)接受、退出、保存項(xiàng)目、瀏覽項(xiàng)目等控鍵；還要讓用戶輸入監(jiān)測(cè)單位、監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)地點(diǎn)、檢測(cè)人員、受檢食品產(chǎn)地或來(lái)源、受檢食品名稱、成批食品數(shù)量、抽樣數(shù)量、初步處理方式、抽樣人、檢測(cè)人、抽樣時(shí)間、抽樣地點(diǎn)等相關(guān)信息；而檢測(cè)項(xiàng)目、受檢食品種類、檢測(cè)項(xiàng)目濃度由通信模塊接收到的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)賦值。編程盡量考慮到用戶使用軟件的方便性，如在主界面把上次填寫的監(jiān)測(cè)單位、監(jiān)測(cè)地點(diǎn)、監(jiān)測(cè)人員、抽樣人、檢測(cè)人等一般不常改變的信息自動(dòng)填寫到窗體上；檢測(cè)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)等根據(jù)所接收的檢測(cè)項(xiàng)目信息而改變，減少用戶的輸入工作量。軟件形成自己的文件格式，以便以后導(dǎo)入“化肥質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)庫(kù)。充分考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)充性與兼容性。
該儀器專門針對(duì)化肥安全檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用光學(xué)分析原理對(duì)化肥中各成分進(jìn)行快速檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)儀器的數(shù)字化、智能化以及適于非專業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、濃度直讀、人機(jī)界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點(diǎn)，它能同時(shí)進(jìn)行化肥中總氮、有效磷、鉀和氯離子含量，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、結(jié)果打印、傳輸?shù)裙δ堋１緝x器適用于工商部門、質(zhì)量監(jiān)督部門、農(nóng)業(yè)部門、化肥生產(chǎn)單位等對(duì)化肥進(jìn)行快速檢測(cè)。儀器的分析方法大多采用自主研發(fā)的快速檢測(cè)方法，檢測(cè)結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法具有很好的相關(guān)性，但檢測(cè)成本和速度明顯優(yōu)于國(guó)標(biāo)方法和其他儀器方法。
上述僅為本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本實(shí)用新型保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求1.快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其特征在于包括單片機(jī)及與單片機(jī)相連的輔助電路部分、光路部分、數(shù)據(jù)輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號(hào)調(diào)理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位于同一光路上，比色池位于單色光光源、光電池組二者之間；光源穩(wěn)壓控制電路的輸入端與單片機(jī)及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸入端與光電池組相連，信號(hào)輸出端與單片機(jī)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的單色光光源為一組單波長(zhǎng)的發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的單色光光源為至少一個(gè)全波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，在該發(fā)光二極管與多通道比色池之間設(shè)有一組活動(dòng)的濾光片，該濾光片組連接有調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)濾光片的調(diào)節(jié)旋鈕。
4.如權(quán)利要求1所述的快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的輔助電路包括與單片機(jī)相連的電源控制電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)監(jiān)控電路。
5.如權(quán)利要求1所述的快速檢測(cè)化肥各成份含量的儀器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)輸入輸出部分包括RS232/USB接口模塊和GPRS/GSM接口模塊。
專利摘要快速檢測(cè)化肥各成分含量的儀器，包括單片機(jī)及與單片機(jī)相連的輔助電路部分、光路部分、數(shù)據(jù)輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號(hào)調(diào)理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位于同一光路上，比色池位于單色光光源、光電池組二者之間；光源穩(wěn)壓控制電路的輸入端與單片機(jī)及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)輸入端與光電池組相連，信號(hào)輸出端與單片機(jī)相連。該儀器可對(duì)多樣品、多成分的化肥同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，具有前處理方便、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速的優(yōu)點(diǎn)；且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便攜的特點(diǎn)，可隨身攜帶至現(xiàn)場(chǎng)對(duì)化肥進(jìn)行檢測(cè)，方便工作人員隨身攜帶使用。
文檔編號(hào)G01N21/78GK2909242SQ20062008507
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者湯新華 申請(qǐng)人:湯新華