CN101046407A - 西瓜成熟度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种西瓜成熟度计，属于日常生活技术领域检测西瓜是否成熟的一种计量测试仪器，本发明通过设置高分子薄膜压电传感器和电荷转换放大电路组成的信号调理前端电路，设置以单片机为核心的波形采集、计算、控制和输出显示单元，在采集敲击振动信号后，读取A/D转换的结果，完成FFT计算和成熟度识别、数码管显示，本发明结构简单，操作方便，效果直观，有利于西瓜采摘者和消费者识别购买，具有很强的实用性。

Description

西瓜成熟度计
技术领域
本发明涉及一种西瓜成熟度计，属于日常生活技术领域检测西瓜是否成熟的一种计量测试仪器。
背景技术
西瓜是人们十分喜爱的消暑降温水果，西瓜是否成熟，成熟的状况如何，目前仍采用人工敲击判断的传统方法，这对有经验的瓜农来说是件很容易的事，但大多数消费者却很难掌握。通常生瓜被敲击后振动频率较高，持续时间短促。这是由于未成熟的西瓜，瓜瓤硬度较高，瓜皮硬度还不算高，两者比较接近，西瓜整体硬度较高，整体刚性好，有如敲击钢块。成熟的西瓜，瓜瓤中细胞间间隙增大，密度下降，硬度下降，而瓜皮硬度提高，瓜皮和瓜瓤机械性能差别增大，系统整体性下降。受到敲击后，各部分之间振动频率不一致，谐波分量增多，弹性波在瓜皮和瓜瓤中的传播速度不一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种西瓜成熟度计，解决现有大多数消费者很难掌握人工敲击西瓜判断成熟状况的传统方法，实现通过仪器有助于识别西瓜成熟度，为消费带来方便。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种西瓜成熟度计，其特征是所述的成熟度计由壳体及包括振动传感器的电荷放大单元，以单片机为核心的A/D转换与存储、计算、显示单元构成，电荷放大电路的输出接单片机的A/D转换信号输入端，壳体底部中央设置垂直向导向套，导向套内设置质量块、滑线电阻和弹簧，质量块与滑线电阻的滑动触头端连接，滑动触头端的电压信号接单片机的A/D转换信号输入端，电荷放大单元中的振动传感器与弹簧外端相连。
电荷放大单元采用高输入阻抗运放电路，由依次连接的电荷转换电路、反相放大电路和同相放大电路构成，振动传感器接电荷转换电路的输入端。
振动传感器LDTM采用PVDF压电薄膜传感器。
单片机采用低功耗MSP430系列，单片机对输入的振动信号进行A/D转换、采集，存储。
壳体底部两端设置测量杆。
导向套的表面具有刻度，直接根据曲率半径读出西瓜的重量。
本发明通过设置高分子薄膜压电传感器LDTM和电荷转换放大电路组成的信号调理前端电路，设置以低功耗MSP430系列单片机为核心的波形采集、计算、控制和输出显示单元，在采集敲击振动信号后，读取A/D转换的结果，完成FFT计算和成熟度识别、数码管显示，本发明结构简单，操作方便，效果直观，有利于消费者识别购买，具有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明在实际使用中的示意图；
图2为本发明以单片机为核心的A/D转换与存储、计算、显示单元及包括振动传感器的信号放大调理电路框图；
图3为本发明中振动传感器及信号放大调理电路；
图4为本发明中质量块、弹簧、传感器和滑线电阻结构示意图；
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明由壳体及包括振动传感器的电荷放大单元，以单片机为核心的A/D转换与存储、计算、显示单元构成；电荷放大电路的输出接单片机的A/D转换信号输入端，壳体底部中央设置垂直向导向套，导向套内设置质量块、滑线电阻和弹簧，质量块与滑线电阻的滑动触头端连接，滑动触头端的电压信号接单片机的A/D转换信号输入端，电荷放大单元中的振动传感器与弹簧外端相连。在对西瓜进行测试时，将西瓜置于柔软的承座垫子上。如图3所示，采用PVDF高分子压电薄膜传感器感知西瓜打击振动信号，构成西瓜成熟度计前端信号获取单元；利用高输入阻抗运放等构成的电荷放大电路把电荷信号转变成电压信号，并进行信号放大；利用低功耗MSP430系列单片机对振动信号进行采集、存储，通过快速傅里叶变换(FFT)求出西瓜振动的一阶固有振动频率；通过过大圆三点近似测量西瓜的曲率半径，根据西瓜的密度近似值求出西瓜的质量，壳体底部两端测量杆的端部为2个点，传感器与西瓜的接触点为第3点，曲率半径越大第3点位置越低，通过测量滑线电阻上的电压反映滑动触头位置，测出曲率半径。根据西瓜成熟度指标f2m2/3确定西瓜的成熟度。不同品种西瓜成熟度指标值有较大差别(f2m2/3)数值越小成熟度越高)，测量前按键选择西瓜品种，面板上LED对应的品种被选中。品种选择是这样实现的，首先选择若干品种，每种成熟度不同的西瓜若干个。测出共振频率和曲率半径后，得出每个瓜的成熟度指标(f2m2/3)，解剖后人工判别成熟度，建立成熟度—成熟度指标值(f2m2/3)对照表。然后把不同品种不同成熟度对应的指标值固化到单片机的片内Flash ROM存储器中。实际测量过程就是测出各品种的成熟度指标后执行查表指令的过程，查各个品种的成熟度对照表在数码管上显示。
质量块、弹簧的作用是保证传感器所在附件对西瓜的压力恒定，等于质量块和弹簧等的重量。相同压力下采集的信号才有意义。否则信号强度与压力有关。刻度尺反映滑动电阻触头位置，直接刻度成重量，可以在测量成熟度的同时测出西瓜的重量，当然，只供参考。
把西瓜成熟度值用一位数码管显示，9为9成熟，8为8成熟…对于新品种追加的方法是，选中面板上的备用品种，取一个成熟度为7-8成的该品种样品，按下新品键后，敲击该瓜。该瓜的7-8成成熟度特征值即被存入在线串行EPROM芯片24C02中，下次测量只要选中该品种即可。本发明中以单片机为核心的A/D转换与存储、计算、显示单元可采用现有成熟技术和相关器件。

Claims (6)

1、一种西瓜成熟度计，其特征是所述的成熟度计由壳体及包括振动传感器的电荷放大单元，以单片机为核心的A/D转换与存储、计算、显示单元构成，电荷放大电路的输出接单片机的A/D转换信号输入端，壳体底部中央设置垂直向导向套，导向套内设置质量块、滑线电阻和弹簧，质量块与滑线电阻的滑动触头端连接，滑动触头端的电压信号接单片机的A/D转换信号输入端，电荷放大单元中的振动传感器与弹簧外端相连。
2、根据权利要求1所述的西瓜成熟度计，其特征是电荷放大单元采用高输入阻抗运放电路，由依次连接的电荷转换电路、反相放大电路和同相放大电路构成，振动传感器接电荷转换电路的输入端。
3、根据权利要求1或2所述的西瓜成熟度计，其特征是振动传感器LDTM采用PVDF压电薄膜传感器。
4、根据权利要求1所述的西瓜成熟度计，其特征是单片机采用低功耗MSP430系列，单片机对输入的振动信号进行A/D转换、采集，存储。
5、根据权利要求1所述的西瓜成熟度计，其特征是壳体底部两端设置测量杆。
6、根据权利要求1所述的西瓜成熟度计，其特征是导向套的表面具有刻度。
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