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1、 湖北大学生电子设计竞赛ALTERA杯SOPC专题竞赛设计报告 题 目：基于SOPC的地沟油检测系统 学 校：湖北民族学院 2012年10月19日SOPC大赛设计原创性说明本小组郑重声明：所提交的设计报告，是本小组成员在指导老师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本设计报告不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本设计报告研究作出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本小组完全意识到本声明的法律后果由本小组承担。设计报告作者签名： 2012年10月10日70目 录第一章 研究背景及基本检测原理61.1 研究背景61.2 现行的地沟油检测方法
2、61.2.1重金属检测法61.2.2脂肪酸组成检测法71.2.3胆固醇含量检测法71.2.4薄层色谱法71.2.5荧光测试法71.2.6电导率检测法81.3基本检测原理81.3.1食用油与地沟油的电导率8第二章 系统设计方案及整体架构102.1 电导率检测方案102.1.1 相关检测技术102.1.2锁定放大器112.1.3 电导率信号转换方案132.2 信号源设计方案142.3中央处理部分设计方案142.4 显示及输入设计方案152.4.1 电阻式触摸屏152.4.2 电容式触摸屏152.5系统总体设计方案162.5.1 系统整体设计方案框图162.5.2 系统工作流程162.5.3 系统功
3、能与指标17第三章 地沟油检测系统的总体硬件架构183.1 系统硬件组成框图183.2系统硬件结构193.2.1 检测电极部分193.2.2 信号源部分203.2.3 正交矢量型锁定放大器213.2.4 CPU及外设接口233.3 系统占用资源情况24第四章 地沟油检测系统的软件架构及实现254.1 系统软件流程图254.2 软件各部分分析254.2.1 电导率值计算254.2.2 判断地沟油264.2.3 显示报警26第五章 系统测试方案及结果275.1 电导率传感器检测校准方案275.2 油脂萃取液水相电导率的测试28第六章系统改进方案及其工作的总结、展望336.1 检测电极的非接触式化3
4、36.2 多传感器多参数检测336.3 应用功能扩展336.4 工作总结34参考文献35附录：36摘要：设计了一种基于SOPC的地沟油检测系统。该系统以DE2开发平台为集成环境搭建以Nios II CPU为核心的数字信号处理系统，外加电极检测模块构成的电导率传感器。通过检测油脂的萃取液水相电导率，判断其是否大于10.0S/cm，如果其大于10.0S/cm则被测液为地沟油，否则为非地沟油。本系统以正交矢量锁定放大器为检测信号的核心，以数字化的系统检测微弱信号，通过检测电导率实现地沟油的快速定性检测，并通过触控屏输出检测结果。借助于Altera公司的Cyclone II 2C35型FPGA芯片丰富
5、的片上资源，将本系统的信号处理部分完全数字化，使系统微型化、集成化，便于检测人员操作与携带。本系统可利用微弱信号检测部分进行功能扩展，提高本系统的应用范围。经过实验检测，本系统可在室温环境下对地沟油进行快速准确的判定，达到了预期的功能，且性能稳定。Abstract: A waste oil detection system is designed based on SOPC technology. The system is a digital signal processing system with a conductivity sensor made of The external el
6、ectrode module that centers on Nios II CPU, and it is built on DE2 development platform. The system detects waste oil by detecting water phase conductivity of grease extraction liquid. If the water phase conductivity is larger than 10.0S/cm, so the grease is waste oil or it not. This system to ortho
7、gonal vector lock-in amplifier is the core of the signal detection, using the digital system detect weak signal. It realizes the rapid qualitative detection for waste oil by detecting the conductivity, and outputing test results on touch screen. The digital of This system signal processing part owes
8、 to the Cyclone II 2C35 FPGA chip from Altera company. Miniaturization and integration of this system makes it easy for user using and carrying. This system can be extended on function by the Part of weak signal detection, that can improve the application of this system. Through experimental detecti
9、on, this system can detect waste oil quickly and accurately in Room temperature environment, it achieved the desired function, and it is Stable performance. 第一章 研究背景及基本检测原理1.1 研究背景近几年我国的食品安全问题愈来愈突出。从苏丹红到三聚氰胺再到地沟油，食品安全问题愈演愈烈。特别是地沟油问题，近来影响十分严重，为全民所关注。地沟油，泛指在生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的炸油等。地沟油可分为三类：一、是狭义的
10、地沟油，即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜（通称泔水）经过简单加工、提炼出的油；二、是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油；三、是用于油炸食品的油使用次数超过一定次数后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。“地沟油”是质量极差、极不卫生，过氧化值、酸价、水分严重超标的非食用油。它含有毒素，流向江河会造成水体营养化，一旦食用，则会破坏白血球和消化道黏膜，引起食物中毒，甚至致癌。“过菜油”之一的炸货油在高温状态下长期反复使用，与空气中的氧接触，发生水解、氧化、聚合等复杂反应，致使油黏度增加，色泽加深，过氧化值升高，并产生一些挥发物及醛、酮、内酯等有刺激性气味的
11、物质，这些物质具有致癌作用。“泔水油”中的主要危害物 黄曲霉素的毒性则是砒霜的100倍。所以“地沟油”是严禁用于食用油领域的。地沟油的化学成分1 :二甲胺（C2H7N），D甘油酯（C3H6O4），乙苯（C8H10），对二甲苯（C8H10），间二甲苯（C8H10），甲基乙苯（C9H12），二甲基十一烷（C13H28），以及大量的Fe、Pb、Cr、Zn、Mn元素，其中Pb、Cr含量明显超出有关卫生标准。1.2 现行的地沟油检测方法由于地沟油所呈现的特殊的理化性，国内为已有多种检测方法。根据所查资料2了解有以下方法。1.2.1重金属检测法重金属含量超标是地沟油主要特征之一。在地沟油回收及加工过程中因
12、受到污染，或接触金属器皿后引入重金属，因此，重金属有可能成为地沟油特征化学成分。王乐3等对经脱色处理地沟油样品与市售菜籽油、花生油、花生调和油中 15 种重金属元素进行测定，元素 Fe、Pb、Cr、Zn、Mn 在地沟油中含量很高，其中 Pb、Cr 含量明显超出粮油类食品限量卫生标准。郭岚4 等发现散装精炼菜籽油较散装菜籽油中金属元素含量明显降低，说明经精炼后可能会将这些金属元素较好除去，因此该法对检测添加经一定处理（如碱炼和添加还原剂降低酸价、过氧化值及脱色处理）地沟油的食用油非常合适。1.2.2脂肪酸组成检测法地沟油常由多种油脂混合而成，成分复杂，具有多种油脂脂肪酸图谱特征，而单一食用油脂都
13、具特定特征图谱，所以通过对脂肪酸组成进行分析，也可作为鉴别地沟油指标之一。许斌5等采用 GC 法对广州市不同食品量化分级餐饮单位烹调用油进行分析，结果显示，92.6% 以上单位绝大部分油品都含有棕榈油、动物油或混合油种类。全常春6等应用 GC/MS对精炼后地沟油进行检测，发现大量C9 C14烷烃（说明该地沟油已被矿物油污染或不法分子掺兑），并检测到油脂氧化变质二级物质己醛。王乐7利用核磁共振对餐饮废油中地沟油、泔水油及三种食用油在 10和 0下测定固体脂肪指数（SFC 值），结果表明，地沟油和泔水油 SFC 值远大于食用油。1.2.3胆固醇含量检测法地沟油通常为多种动、植物油脂混合物，含有大量
14、动物油脂。动物油脂普遍含有相对较高胆固醇，而植物油一般不含或含有极少胆固醇，因此可通过检测胆固醇含量判定植物油是否含有动物油脂。张蕊8等采用 GC 法利用色谱柱对样品中胆固醇和植物甾醇进行分离，从而鉴别样品是否混有地沟油，结果表明，该法检出限为掺有 10% 以上地沟油食用植物油样品。郭涛9等利用 HPLC对地沟油胆固醇进行测定，继而分析食用油是否掺有地沟油，发现菜籽油样品胆固醇含量大于 50 mg/kg 时，有明显色谱峰。1.2.4薄层色谱法地沟油经高温加热或反复使用后会产生一些极性物质（如丙稀酰胺、多环芳烃、醛基等），虽经精炼也不易除去；而在合格食用植物油中几乎没有。油样在展开剂作用下各种成
15、分在硅胶板上扩散分离，经显色剂显色后可在板上观察到不同斑点。尹平河10等采用乙酸乙酯与石油醚为展开剂，碘液为显色剂，对食用油、地沟油、煎炸老油进行分析发现，它们在Rf =0.73处有共同斑点，地沟油在 Rf =0.4后有明显拖尾长斑，煎炸老油在 Rf =0.21 处有明显拖尾长斑。黄军11等利用色谱柱分离拖尾成分进行红外分析，发现潲水油极性化合物远大于食用植物油，是正常食用油所不含醛、酮类化合物。据凤凰网报道，日前，上海一家公司应用此法推出一种10分钟便可检测地沟油试纸，当油品有明显极性组分拖尾现象时，即可判别是否为劣质油。1.2.5荧光测试法考虑到地沟油外源性污染物质特性，针对餐具洗涤剂表面活性剂十二烷基苯磺酸钠混在地沟油中，而食用油不含这种人工合成化学物质。刘薇12等发现，十二烷基苯磺酸钠在地沟油水相中特征荧光波峰为，而食用油则不存在，可根据油脂荧光位置和强度进行鉴别
