牛奶含有蛋白质、脂肪、无机盐、乳糖等多种营养成分,是人们补充营养的来源之一。随着近年来严重的食品安全问题不断被爆出,食品安全成为了公众关注的焦点,人们越来越注重自己对牛奶新鲜度的知情需求,所以对牛奶新鲜度的检测尤为重要。目前,国内外对牛奶新鲜度的检测方法有很多,主流的方法包括化学分析法、红外光谱分析法、电子鼻与电子舌法以及射频与RFID检测法等,但是这些方法均在不同程度上存在着破坏样本、检测时间长、产品昂贵、灵敏度较低以及不利推广等缺点,实用性较差。本文基于介电特性测量技术进行牛奶新鲜度的检测,通过测量牛奶所处的环境温度、牛奶的等效阻抗值结合相关模型实现对牛奶pH值的测量,以此衡量牛奶的新鲜度。该方法具有实时、快速、非接触等特点,在牛奶新鲜度检测中具有较好的应用前景。针对人们对牛奶新鲜度知情的需求,本文主要完成了以下工作:(1)利用多元回归分析方法和BP神经网络分析了牛奶实时介电参数、温度与pH值三者之间的相互关系,建立了三者之间的关系模型,得到了利用温度和介电参数求得牛奶p H值的数学模型,本文选用了牛奶等效阻抗值作为牛奶新鲜度的间接表征参数。(2)研制了牛奶新鲜度检测硬件系统,该系统利用意法半导体公司的STM32F103RBT6芯片作为系统的主控芯片,利用AD5933相关电路作为牛奶等效阻抗值测量单元,通过检测牛奶等效阻抗值与环境温度的数值用以求得牛奶p H值,通过牛奶的pH值衡量牛奶新鲜度。(3)开发了牛奶新鲜度检测的上下位机软件系统,下位机利用keilvision5软件进行编程来初始化主控芯片、控制AD5933工作以及进行数据的发送,上位机利用Lab VIEW软件实现数据处理、人机交互及数据存储。(4)对系统软硬件进行了综合测试,其中硬件测试主要包括电路板功能测试、AD5933功能测试和测量系统准确性测试;软件测试主要为上位机软件功能的测试,测试结果表明系统软硬件可以正常工作。此外为了评判数学模型的准确性和新鲜度检测系统的实用性,我们通过不添加任何添加剂的新鲜牛奶进行验证实验,结果表明,系统的预测值与pH计的测量值的相对误差在0.3%以下,符合工业级要求。本文的研究工作为进一步研制低成本微型化牛奶新鲜度检测系统提供了技术支持。