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基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置及其方法與流程

文檔序號(hào):11945573閱讀:538來(lái)源:國(guó)知局
基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置及其方法與流程

本發(fā)明涉及失重率檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置及其方法。



背景技術(shù):

禽蛋中富含大量的營(yíng)養(yǎng)元素,深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。而且,我國(guó)是禽蛋生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),禽蛋的總產(chǎn)量占據(jù)著世界禽蛋總產(chǎn)量的40%以上。

禽蛋的新鮮度是衡量禽蛋蛋白質(zhì)的一個(gè)重要的指標(biāo)。目前絕大多數(shù)禽蛋新鮮程度的檢測(cè)依靠人工方式,檢測(cè)效率和準(zhǔn)確率不高。

姜松、漆紅等研究了禽蛋幾何尺寸與體積、質(zhì)量的關(guān)系。結(jié)果表明,禽蛋的幾何尺寸和質(zhì)量都呈正態(tài)分布;其得到的結(jié)論為可以用估算標(biāo)準(zhǔn)橢球體體積計(jì)算方法估算禽蛋體積??梢杂皿w積估算禽蛋的質(zhì)量,禽蛋質(zhì)量與禽蛋估算體積相關(guān)性?xún)?yōu)于與長(zhǎng)徑、短徑、蛋形指數(shù)、禽蛋長(zhǎng)徑處橢圓面積的三元和一元線(xiàn)性回歸?!窘?、漆紅、王國(guó)江、蔣曉峰,禽蛋基本特性參數(shù)分析與實(shí)驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2012,43(4)】。于濱、王喜波研究了貯藏過(guò)程中禽蛋失重率的變化,隨著貯藏時(shí)間的不斷延長(zhǎng),禽蛋品質(zhì)不斷下降,失重率和整蛋pH與貯藏時(shí)間呈正相關(guān),而哈夫單位和蛋黃指數(shù)與貯藏時(shí)間呈負(fù)相關(guān),分別可以用零級(jí)和一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)表征其變化規(guī)律?!居跒I、王喜波,儲(chǔ)藏條件與禽蛋品質(zhì)的相關(guān)性研究[J].食品科技,2012,37(6)】。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足,提供一種基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置及其方法。

實(shí)現(xiàn)方式:

本發(fā)明利用測(cè)量雞蛋的長(zhǎng)短軸和蛋重信息,并轉(zhuǎn)化為電信號(hào),通過(guò)模型來(lái)計(jì)算出雞蛋的體積,從而得到雞蛋的原始質(zhì)量。雞蛋原始質(zhì)量與實(shí)際蛋重進(jìn)行比較,得到此雞蛋的失重率,調(diào)用相關(guān)模型,以達(dá)到檢測(cè)雞蛋新鮮度的目的;本發(fā)明通過(guò)利用嵌入式小體積、高可靠、可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一個(gè)基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置。具有能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)隨地地對(duì)禽蛋新鮮度檢測(cè)的能力,并且有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確率高、適用環(huán)境和裝置價(jià)格便宜多等優(yōu)點(diǎn),有著重要的現(xiàn)實(shí)意義?,F(xiàn)有市場(chǎng)上的禽蛋新鮮度分析裝置體積大、價(jià)格高,需要配帶一個(gè)具有強(qiáng)大計(jì)算功能的PC機(jī)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)家庭、戶(hù)外等更多場(chǎng)景的運(yùn)用,讓技術(shù)難以普及,并且PC計(jì)算能力的冗余,造成資源浪費(fèi),且大多為破壞性檢測(cè);本發(fā)明基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置具有體積小、快速和無(wú)損的優(yōu)點(diǎn),能夠很好地解決這類(lèi)問(wèn)題。

本發(fā)明主要針對(duì)單個(gè)禽蛋的新鮮度檢測(cè)。與其他類(lèi)似研究不同的是,本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置,可實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)得到新鮮度結(jié)果。本發(fā)明主要完成以下幾項(xiàng)工作:

1、設(shè)計(jì)和搭建信息采集裝置,采集禽蛋的質(zhì)量與長(zhǎng)短軸信息。主要包括長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊的設(shè)計(jì),蛋重測(cè)量模塊的設(shè)計(jì),ARM架構(gòu)的嵌入式主板的選擇(iTOP4412linux2440),設(shè)備通訊與連接,設(shè)備功能界面UI和按鍵布局設(shè)計(jì);

2、采用合適的預(yù)處理算法和信號(hào)修正算法,對(duì)長(zhǎng)短軸信號(hào)進(jìn)行處理,提取長(zhǎng)短軸與蛋重?cái)?shù)據(jù)等;選用相關(guān)的建模算法,預(yù)測(cè)該禽蛋的新鮮度。

具體工作主要有:第一,將禽蛋放置在長(zhǎng)短軸測(cè)量裝置上,利用稱(chēng)重傳感器采集蛋重?cái)?shù)據(jù);第二,將禽蛋放置在長(zhǎng)短軸測(cè)量裝置上,利用推板運(yùn)動(dòng)來(lái)采集禽蛋的長(zhǎng)短軸數(shù)據(jù);第三,將數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入相應(yīng)的模型中,通過(guò)長(zhǎng)短軸來(lái)求解體積,通過(guò)體積求解原始蛋重;第四,將原始蛋重和測(cè)量蛋重導(dǎo)入相應(yīng)的模型中,得出結(jié)果,并顯示。

3、系統(tǒng)中檢測(cè)軟件的編寫(xiě),系統(tǒng)是基于Linux的Android系統(tǒng),編寫(xiě)語(yǔ)言為java;軟件設(shè)計(jì)主要包括界面UI設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、通訊及處理以及定義實(shí)體按鍵的功能;最后將軟件運(yùn)行于裝置,檢驗(yàn)檢測(cè)功能和檢測(cè)準(zhǔn)確度。

本發(fā)明的重難點(diǎn)在于:第一,如何將昂貴的新鮮度檢測(cè)設(shè)備便攜化,降低使用成本,利用失重率技術(shù)實(shí)現(xiàn)禽蛋新鮮度的無(wú)損檢測(cè),打破禽蛋新鮮度檢測(cè)需要破損的現(xiàn)狀;第二,將算法移植到成本低廉的嵌入式系統(tǒng)中,改善傳統(tǒng)儀器分析的高額代價(jià)的缺點(diǎn);第三,用戶(hù)友好的UI和一鍵檢測(cè)設(shè)計(jì)可以讓非科研人員輕松使用裝置;降低學(xué)習(xí)成本,打開(kāi)設(shè)備市場(chǎng)。

具體地說(shuō),本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

一、基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)裝置)

包括工作對(duì)象——禽蛋;

設(shè)置有外殼、長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)線(xiàn)、電動(dòng)推桿、RAM架構(gòu)的嵌入式主板、觸摸顯示屏、電源按鍵、start按鍵、stop按鍵、電源線(xiàn)和供電電池;

所述的長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊包括支架、推板、稱(chēng)重傳感器、數(shù)字式位移計(jì)和壓力傳感器;

其位置和連接關(guān)系是:

在外殼的上方開(kāi)設(shè)凹槽安裝長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊,在外殼的正面設(shè)置觸摸顯示屏,在外殼的正面最右設(shè)置有start按鍵和stop按鍵,在外殼側(cè)面設(shè)置有電源按鍵,在外殼內(nèi)部設(shè)置有電動(dòng)推桿,電動(dòng)推桿與推板連接,在外殼的內(nèi)部設(shè)置有ARM架構(gòu)的嵌入式主板,在外殼的后側(cè)面設(shè)置有電源線(xiàn),在外殼的內(nèi)部設(shè)置有供電電池;

電動(dòng)推桿、觸摸顯示屏、電源按鍵、start按鍵、stop按鍵、稱(chēng)重傳感器、數(shù)字式位移計(jì)和壓力傳感器分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與ARM架構(gòu)的嵌入式主板電氣連接;

供電電池通過(guò)電源線(xiàn)提供電源。

二、基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)方法(簡(jiǎn)稱(chēng)方法)

本方法包括下列步驟:

①將待檢測(cè)的禽蛋放到長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊中的蛋重檢測(cè)口上;

②推板運(yùn)動(dòng)將禽蛋移動(dòng)到指定位置;

③選取數(shù)學(xué)模型,對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:

④在屏幕上顯示對(duì)應(yīng)的結(jié)果。

本發(fā)明的工作原理:

開(kāi)啟裝置的總電源,打開(kāi)檢測(cè)軟件;將待檢測(cè)禽蛋放在傳感器的檢測(cè)口上,稱(chēng)重傳感器將接受到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換接入ARM架構(gòu)的嵌入式主板;按下start按鍵長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊開(kāi)始工作,推板推動(dòng)禽蛋移動(dòng),當(dāng)推板上的壓力傳感器接受到相應(yīng)的信號(hào)時(shí),推板停止運(yùn)動(dòng),數(shù)字式位移計(jì)將接受的電信號(hào),通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換接入ARM架構(gòu)的嵌入式主板;檢測(cè)軟件運(yùn)用檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算禽蛋的失重率,并對(duì)禽蛋好壞進(jìn)行判斷,最后顯示在顯示屏上;從而實(shí)現(xiàn)禽蛋新鮮度的無(wú)損檢測(cè)和分級(jí)判斷。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:

①利用失重率技術(shù),能夠完成禽蛋新鮮度的快速無(wú)損檢測(cè);

②運(yùn)用多個(gè)模型逐步進(jìn)行運(yùn)算;

③模型線(xiàn)性好,檢測(cè)準(zhǔn)確率高;

④基于嵌入式系統(tǒng),高可靠、可擴(kuò)展、易升級(jí);

⑤裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單,成本低,能夠得到廣泛的應(yīng)用;

⑥裝置體積小易攜帶,適用場(chǎng)景多,容易推廣。

附圖說(shuō)明

圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖);

圖2是本裝置的結(jié)構(gòu)方框圖;

圖3是長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖);

圖4是電動(dòng)推桿的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖);

圖5是軟件的工作流程圖;

圖中:

0—禽蛋;

1—外殼;

2—長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊,

2.1—推板,

2.2—稱(chēng)重傳感器,

2.3—數(shù)字式位移計(jì),

2.4—壓力傳感器,

2.5—導(dǎo)軌;

3—數(shù)據(jù)線(xiàn);

4—電動(dòng)推桿;

5—ARM架構(gòu)的嵌入式主板

ARM:Acorn RISC Machine,是Acorn有限公司面向市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器,ARM處理器本身是32位設(shè)計(jì),但也配備16位指令集,一般來(lái)講比等價(jià)32位代碼節(jié)省達(dá)35%,卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。

6—觸摸顯示屏;

7—電源按鍵;

8—start按鍵;

9—stop按鍵;

10—電源線(xiàn);

11—供電電池。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明:

一、裝置

1、總體

如圖1、圖2、圖3,本裝置包括工作對(duì)象——禽蛋0;

設(shè)置有外殼1、長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊2、數(shù)據(jù)線(xiàn)3、電動(dòng)推桿4、RAM架構(gòu)的嵌入式主板5、觸摸顯示屏6、電源按鍵7、start按鍵8、stop按鍵9、電源線(xiàn)10和供電電池11;

所述的長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊2包括支架2.0、推板2.1、稱(chēng)重傳感器2.2、數(shù)字式位移計(jì)2.3和壓力傳感器2.4;

其位置和連接關(guān)系是:

在外殼1的上方開(kāi)設(shè)凹槽安裝長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊2,在外殼1的正面設(shè)置觸摸顯示屏6,在外殼1的正面最右設(shè)置有start按鍵8和stop按鍵9,在外殼1側(cè)面設(shè)置有電源按鍵7,在外殼1內(nèi)部設(shè)置有電動(dòng)推桿4,電動(dòng)推桿4與推板2.1連接,在外殼1的內(nèi)部設(shè)置有ARM架構(gòu)的嵌入式主板5,在外殼1的后側(cè)面設(shè)置有電源線(xiàn)10,在外殼1的內(nèi)部設(shè)置有供電電池11;

電動(dòng)推桿4、觸摸顯示屏6、電源按鍵7、start按鍵8、stop按鍵9、稱(chēng)重傳感器2.2、數(shù)字式位移計(jì)2.3和壓力傳感器2.4分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)3與ARM架構(gòu)的嵌入式主板5電氣連接;

供電電池11通過(guò)電源線(xiàn)10提供電源。

2、功能部件

1)外殼1

外殼1是本裝置的支撐體,塑料材質(zhì),整體大小為長(zhǎng)×寬×高=11cm×14cm×7cm。

設(shè)計(jì)的開(kāi)口有觸摸顯示屏開(kāi)口、按鍵開(kāi)口、長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊開(kāi)口和其他接口開(kāi)口(數(shù)據(jù)線(xiàn)、電源線(xiàn)等)。

2)長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊2

如圖3,長(zhǎng)短軸測(cè)量模塊2由支架2.0、推板2.1、稱(chēng)重傳感器2.2、數(shù)字式位移計(jì)2.3、壓力傳感器2.4和導(dǎo)軌2.5組成;

在支架2.0的兩邊分別設(shè)置有推板2.1,在支架2.0底部設(shè)置有導(dǎo)軌2.5和稱(chēng)重傳感器2.2,在推板2.1的上面設(shè)置有壓力傳感器2.4,推板2.1與導(dǎo)軌2.5連接,數(shù)字式位移計(jì)2.3設(shè)置在推板2.1與導(dǎo)軌2.5之間。

3)Arm架構(gòu)的嵌入式主板5

(1)硬件配置

是一種通用外購(gòu)件,選用迅為iTOP4412;

主要特征是使用了Exynos 4412-ARM處理器;320PIN管腳引出;HDMI、MIPI、常用的RJ-45網(wǎng)口、串口、通用總線(xiàn)、GPIO等接口單元;并且有充足的內(nèi)存空間至少1GBRAM,4GBROM。

(2)軟件構(gòu)建

基于Linux的Android操作系統(tǒng),版本4.0;檢測(cè)軟件編寫(xiě)語(yǔ)言為java,開(kāi)發(fā)工具為谷歌定制eclipse;軟件設(shè)計(jì)主要包括界面UI設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理以及定義實(shí)體按鍵的功能,并導(dǎo)入建立的模型。

如圖5,軟件工作流程:

A、啟動(dòng)程序-501;

B、選擇品種-502;

C、選擇對(duì)應(yīng)品種的數(shù)學(xué)模型-503;

D、讀取長(zhǎng)短軸與蛋重?cái)?shù)據(jù)-504;

按下start按鍵8,執(zhí)行測(cè)量操作;

E、計(jì)算禽蛋體積-505

通過(guò)長(zhǎng)短軸數(shù)據(jù),進(jìn)入已建立的長(zhǎng)軸L、短軸B和體積V模型:

粉色禽蛋:V1=0.5189×LB^2,褐色禽蛋:V2=0.5474×LB^2,計(jì)算出禽蛋的體積;

F、計(jì)算蛋重-506

通過(guò)禽蛋的體積數(shù)據(jù),進(jìn)入已建立的體積V與質(zhì)量m模型:

粉色禽蛋:m1=1.0803×V1,褐色禽蛋:m2=1.0269×V2,計(jì)算出禽蛋的質(zhì)量;

G、計(jì)算禽蛋的失重率-507

將測(cè)量的實(shí)際蛋重m與計(jì)算出的蛋重導(dǎo)入Arm架構(gòu)的嵌入式主板中,進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,得到禽蛋的失重率p;

H、判斷并顯示結(jié)果-508

將得到的禽蛋失重率p導(dǎo)入已建立的失重率模型:

粉色禽蛋:p1=m/m1;褐色禽蛋:p2=m/m2中,判斷此禽蛋的新鮮度,并在顯示屏上顯示結(jié)果。

4)觸摸顯示屏6

一種通用外購(gòu)件,是一個(gè)具有RGB-LCD接口的7寸觸控顯示屏。

5)電源按鍵7

一個(gè)脈沖式開(kāi)關(guān)按鍵,用來(lái)控制裝置的開(kāi)關(guān)機(jī)和待機(jī)的電源鍵。

6)start按鍵8

一種通用外購(gòu)件,即脈沖式開(kāi)關(guān)按鍵,其有一個(gè)觸發(fā)程序,可以快速設(shè)置參數(shù),實(shí)現(xiàn)一鍵檢測(cè)功能。

7)stop按鍵9

一種通用外購(gòu)件,即脈沖式開(kāi)關(guān)按鍵,其有一個(gè)觸發(fā)程序,可以快速設(shè)置參數(shù),實(shí)現(xiàn)一鍵檢測(cè)功能。

8)推板11

一個(gè)塑料制品,表面設(shè)置有壓力傳感器。

9)稱(chēng)重傳感器12

一種通用外購(gòu)件,是一個(gè)電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。

10)數(shù)字式位移計(jì)13

一種通用外購(gòu)件,是一個(gè)數(shù)字式游標(biāo)卡尺。

11)壓力傳感器14

一種通用外購(gòu)件,是一個(gè)電阻應(yīng)變片壓力傳感器。

12)電動(dòng)推桿15

一種通用外購(gòu)件,是通過(guò)永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

13)供電電池16

一個(gè)通用外購(gòu)件,特點(diǎn)是薄片狀的鋰電池,容量在2000mA.h以上。

二、檢測(cè)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)樣品采購(gòu)于九峰山雞場(chǎng),通過(guò)上述的基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測(cè)裝置及其方法進(jìn)行預(yù)測(cè),檢測(cè)效果較好,滿(mǎn)足家庭實(shí)際檢測(cè)需求。

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