专利名称：冷鲜猪肉货架期预测指示器的制作方法
技术领域：
本发明是一种通过依附在冷鲜猪肉表面的温度传感器实时温度，再调用规则库中
的算法预测其货架期并使用显示屏显示多种数据的指示器。
背景技术：
当前，消费者对猪肉的消费取向在发生重大变化，其对"放心肉"的需求大大增加， 只有更安全卫生、更营养的冷鲜猪肉才能满足其消费需求。在这样的需求引导下，食品的安 全性和可追溯性将是消费者关注的焦点。但迄今为止，尚未有电子式冷鲜猪肉品质检测装 置出现。 现有的乳制品的货架期预测装置是以嵌入式系统原理设计的，存在较多缺点，如 预测准确度低、电源供电、功耗高、体积大并且使用不方便，并且不具备历史温度和货架期 的查询功能(即无法确保食品的可追溯性)，在乳制品品质处于临界点不能实时报警等， 没有在现实生活中得到应用。因此，急需一种高预测精度、小巧、超低功耗、可追溯历史数 据、在冷鲜猪肉任何阶段均可以方便使用的货架期预测装置。
发明内容
发明冷鲜猪肉货架期预测装置的目的在于，为冷鲜猪肉提供一种实时品质检测仪 器，解决冷鲜猪肉品质预测难以跟随环境变化而实时变化的难题，并且支持其历史品质变 化数据的追溯功能。 为实现上述功能，本指示器通过温度传感器DS18B20每隔固定时间采集冷鲜猪肉 的实时温度，通过温度传感器的双向数据传输线DQ将温度值传输至微处理器MSP430F1XX， 微处理器依据该温度值选择货架期预测规则库中的某个规则预测冷鲜猪肉的实时的剩余 货架期；而后，液晶显示屏LM6059BCW实时更新温度、货架期以及系统时间。当冷鲜猪肉的 实时温度高于温度阈值时，液晶屏上显示温度值闪烁报警以提示用户，每间隔30分钟报警 一次直至温度低于温度阈值；当冷鲜猪肉的实时货架期低于货架期阈值时，蜂鸣器报警以 提示用户，每间隔30分钟报警一次直至冷鲜猪肉售出或者系统预测结束。最终实现了冷鲜 猪肉品质、环境状况的自动化、智能化检测。 本货架期预测指示器所用的软件主要包括主程序、温度采集子程序、货架期计算 子程序、温度报警子程序、货架期报警子程序、数据存储子程序、液晶显示子程序、系统时间 运行子程序、与上位机通信子程序等。 所述的指示器包括超低功耗微处理器芯片MSP430F1XX及其外围电路、温度传感 器DS18B20模块、单键按键模块、货架期报警模块、液晶屏LM6059BCW显示模块、数据存储 AT24C64模块、日历时钟芯片DS1302模块以及基于串口 RS232的通信模块，各模块的模块 组成框图以及各芯片间连接电路和电信号电路，见图l和图2。其中，微处理器MSP430F1XX 接收温度传感器DS18B20采集到的温度值，依据该温度值选择规则库中的某种规则计算货 架期，然后把名称(冷鲜猪肉)、温度、货架期、系统时间送由液晶屏LM6059BCW显示。其中，
3系统时间是由日历时钟芯片DS1302提供的，该时间在液晶屏上显示的格式是"月月日日时 时分分"。每次更新的实时温度、实时货架期、系统时间都以I2C的通信方式传输到数据 存储芯片AT24C64中进行存储，待用户需要追溯历史数据时，便可将这些数据调出在本指 示器的液晶屏上显示或者上传至电脑以文本方式查看。高预测精度、小巧、超低功耗、可追 溯历史数据、在冷鲜猪肉任何阶段均可以方便使用等优点，为实时监测冷鲜猪肉的品质提 供了高效便捷的工具，极大地提高了冷鲜猪肉的品质保障程度和利用效率。
图1为本发明的组成模块示意图
图2为本发明的硬件设计示意图
图3为本发明的系统功能示意图
图4为本发明的系统总流程图
具体实施例方式
以下内容是结合附图对本发明的货架期预测指示器作进一步详述。
冷鲜猪肉货架期预测指示器，其组成模块示意图包括超低功耗微处理模块 (MSP430F1XX)、温度传感器模块(DS18B20)、单键按键模块(复位、菜单、跳转、确定、〈、>)、 蜂鸣器报警模块(货架期报警)、液晶显示模块(LM6059BCW)、数据存储模块(AT24V64)、日 历时钟模块(DS1302)、串口通信模块(RS232通信协议)以及电源处理模块(5V Li电池) 等；其中，温度报警功能全部由软件实现。 首先，温度传感器模块在预设的时间点采集冷鲜猪肉表面的实时温度，微处理 器按照该温度值选择货架期预测规则库中的某条规则，采用对应的一级动力学反应式和 Arrhenius方程计算冷鲜猪肉的实时货架期；而后，微处理器将这些数据传输至液晶屏显 示。温度值或者货架期值过阈值时，指示器报警；系统预设的温度阈值为2(TC，货架期阈值 为1.5天，用户可以可根据需要修改温度阈值以及货架期阈值。最后，当冷鲜猪肉售出或者 货架期为零时，指示器结束该次货架期预测过程。指示器每次的实时温度、货架期、系统时 间都按照12C通信协议传输至数据存储芯片AT24C64中保存；当用于需要这些数据时，微处 理器便从该存储芯片中读出数据，经USARTO将数据按照RS232串口协议的通信方式将这些 数据传输到电脑上，从而可以追溯冷鲜猪肉的品质变化过程。 本系统存储容量大(60KB FLASH、64Kb数据存储)、计算能力强，软件模块化智能 化，拥有统一完整的外部调试JTAG接口和通用标准RS232串行通信口 ，并芯片MSP430F1XX 预留了很多端口，从而使得本指示器具有很好的扩展性和高度的灵活性。装置硬件电路设 计包括基于MSP430F1XX的微处理器、温度传感器、液晶显示屏、数据存储芯片、日历时钟芯 片、单键按键、蜂鸣器以及基于RS232的串口通信电路，构成了各芯片连接电路和电信号连 接电路的嵌入式硬件平台。本指示器的软件采用模块化设计，各物理器件均有对应的子程 序以完成各自的功能，如液晶显示屏的液晶显示子程序实现了欢迎界面、系统功能菜单界 面、设定初始参数界面、实时界面、温度查询界面、数据传输界面、初始货架期界面、初始系 统时间界面、更改默认阈值界面、数据传输过程界面、数据传输结束界面、问询预测结束界 面、预测结束界面等13个界面的显示，配合本指示器的6个按键可简单高效地实现冷鲜猪肉的品质监测。其中，"复位"键可以实现指示器的复位操作，使指示器重新运行；在指示器 运行在13个界面中的任何界面时，按"菜单"键均可使该界面返回到系统功能菜单界面。
本发明装置采用的主要技术如下
1.嵌入式技术 对于整个指示器的设计，是基于嵌入式技术的理论进行的。嵌入式系统的优点 是可大量采集信号，处理速度快，实时性好；本指示器的主控制器采用TI公司生产的超低 功耗微处理器MSP430F1XX，其自带有60KB FLASH和2KB RAM, FLASH主要用于存放系统 软件，温度采集软件、货架期计算软件等，RAM主要用于存储指示器运行过程的中间变量。 MSP430F1XX的主频率可达8Mhz，使其快速处理数据的能力得到保障，并且硬件乘法器的存 在使系统能够更快地得到白对虾的实时货架期；其USART支持UART功能和SPI功能，本指 示器采用UART方式实现系统数据的快捷传输；定时器实现了对温度采集时间和货架期计 算时间的定时功能，当定时时间间隔到时，就触发指示器采集温度并计算货架期。
2. 12C技术 微处理器MSP430F1XX与数据存储器AT24C64之间的数据传输采用12C通信技术， I2C串行总线技术一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。数 据存储芯片AT24C64的串行数据线SDA接口是双向的，输出电路用于向MSP430F1XX总线上 发送数据，输入电路用于接收MSP430F1XX总线上的数据。而串行时钟线SCL也是双向的， 作为控制总线数据传送的Master MSP430F1XX， 一方面要通过SCL输出电路发送时钟信号， 另一方面还要检测总线上的SCL电平；作为接受主机命令的Slave AT24C64，要按总线上的 SCL信号运行或接收SDA上的信号。本指示器的实时数据的存储与查询，便是通过Master MSP430F1XX通过SCL和SDA的配合发送指令和数据操控Slave AT24C64来实现的。
3. RS232技术 本指示器存储于以12C通信方式实现存储至芯片AT24C64里的数据，在用户需要 时，可以通过RS232串口通信方式传输至上位机上。RS232是迄今为止发展较为成熟的串口 数据传输协议，数据传输过程信号稳定，不需要外接电源，只需2号、3号引脚便可以实现与 微处理器MSP430F1XX的USARTO的数据传输，因此被选作本指示器与电脑的通信协议。系 统微处理器MSP430F1XX的UTXDO、URXDO支持UART数据传输方式，分别与RS232串口 2号、 3号引脚连接，即可实现数据的传输，其中本指示器自定义RS232的传输的数据包以及数据 传输过程。
权利要求
本发明是一种基于超低功耗嵌入式微处理器MSP430F1XX的冷鲜猪肉货架期预测指示器，主要由微处理器MSP430F1XX、温度传感器DS1302、液晶显示器LM6059BCW、日历时钟芯片DS1302、RS232串口、64Kb数据存储芯片AT24C64、蜂鸣器报警电路、6个独立单键按键(即复位、菜单、跳转、确认、<、>)电路等外围电路以及各芯片间的连接电路组成。
2. 基于超低功耗嵌入式微处理器MSP430F1XX的冷鲜猪肉货架期预测指示器，其自带 的60KBFLASH主要用于存放系统代码，如主程序、温度采集子程序、货架期计算子程序、温 度报警子程序、货架期报警子程序、数据存储子程序、液晶显示子程序、系统时间运行子程 序、与上位机通信子程序等；其自带的2KB RAM主要用来存储系统运行时的中间数据，如计 算货架期时的过程数据等。其中，与上位机通信是通过RS232串口，每次传输的数据包长度 为4个字节，每传输3次(即系统时间、温度、货架期)组成一组数据。另外，本指示器的 数据存储子程序，主要用于存储指示器运行时的实时数据，以I2C的通信方式进行存储；待 用户要求指示器与上位机通信时，则调用存储的实时数据，经串口将数据传输至电脑上，并 以.txt文本方式进行存储。
3. 基于超低功耗嵌入式微处理器MSP430F1XX的冷鲜猪肉货架期预测指示器，其货架 期计算算法是基于TTT(Time-Temperature-Tolerance)理论预测冷鲜猪肉的货架期。冷鲜 猪肉共有挥发性盐基氮(TVBN)、鲜度指标(K值)、微生物数量(菌落总数)、感官评定、ra 值等5个指标可作为其货架期计算的参数，本指示器选择TVBN、 K值、菌落总数作为一级化 学动力学模型和Arrhenius方程的参数，在不同的温度条件下选用规则库中不同的规则计 算计算冷鲜猪肉的货架期。
4. 冷鲜猪肉货架期预测指示器选用5V锂电池供电，故选用的微处理器是超低功耗 芯片MSP430F1XX，并且其各个模块的运行时完全独立的，即定时器、输入/输出端口 、看 门狗、液晶显示屏等都可以在主CPU休眠的状态下独立运行。在指示器正常工作时芯片 MSP430F1XX运行在低功耗模式LMPO (5V， 55uA)，每隔固定时间内唤醒一 次进入活动模式 (5V，300uA)，在更新系统时间、实时温度、实时货架期后进入低功耗模式LMPO。较不使用低 功耗模式的指示器使用寿命，本指示器使用寿命是前者寿命的4. 75倍。
全文摘要
本发明涉及冷鲜猪肉货架期预测指示器。本指示器属于通过采集猪肉的温度进而检测其品质的技术领域。在猪肉自产出至售出前的流通过程中，指示器通过实时采集猪肉的温度、并预测其货架期。本指示器体积小、使用方便，可直接依附于冷鲜猪肉表面，对其温度、货架期、系统时间进行实时更新和显示。指示器使用高精度的温度传感器DS18B20采集冷鲜猪肉的表面温度，通过数据线DQ将温度值传输至微控制器MSP430F1XX，而后控制器按照基于温度的TTT理论预测其实时货架期，再由液晶屏LM6059BCW显示该温度值和货架期值，以及系统时间、食品名称。系统时间、实时温度和货架期均每隔1小时存储扩展存储卡里，待用户需要时，经指示器串口将这些数据传输至电脑。本指示器预测精度高、功耗低、功能多、操作简便，高效地解决了冷鲜猪肉在流通过程中货架期预测的难题。
文档编号G01N25/20GK101769884SQ20091020152
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者刘慧芳, 李毓婷, 谢晶, 陈明 申请人:上海海洋大学