CN102967372B - 茶叶色度与湿度传感装置 - Google Patents

Abstract

茶叶色度与湿度传感装置，属于湿度与色度测定仪器设备技术领域，包括中央处理器及与其连接的摄像头组件、湿度传感器、照明模块、无线通信模块、电源模块，中央处理器控制摄像头组件动态拍摄图像并读取图像、进行图像处理、茶叶像素搜索和计算色度；中央处理器控制湿度传感器动态采集空间湿度，无线通信模块用于中央处理器和外部接收设备建立无线数据传输连接；本发明应用于炒茶机能对茶叶炒制过程的色度与湿度实施实时监控，并有效解决旋转设备的数据传输问题，能为茶叶炒制过程根据色度与湿度的实时监控信息进行有效调整提供保障，对茶叶炒制过程实施闭环控制，以精确控制茶叶炒制环节、彻底消除积累误差，提升茶叶品质和生产效率。

Description

茶叶色度与湿度传感装置

技术领域

本发明属于湿度与色度测定仪器设备技术领域，具体涉及一种茶叶色度与湿度传感装置。

背景技术

茶叶炒制传统以手工制作为主，由具有相当炒制经验的人员在炒制过程中根据手感和观察结果做出判断来识别茶叶的色度和湿度以控制各环节，但传统手工制作存在劳动强度大、对操作人员要求高、生产量受到限制等问题，而且不同锅次之间的茶叶的炒制质量一致性也难以保证，行业内开始摸索采用机器自动炒制，市场上也开始出现一些自动炒茶机，其控制过程是通过复制用户的手动炒制示范的流程来实现的，由于其没有引入茶叶色度、湿度的实时监控，随着加热功率、炒锅受热、时间差异等因素引起的误差累积，不仅色度、湿度的控制会难以达到理想的状态，而且不同锅次的炒制结果的一致性难以保证更加突出，影响了茶叶批量生产的品质，降低成品茶销售价格。炒茶机的炒锅是在不停旋转的，茶叶在炒锅中的位置也是不断变化着的，对于影响茶叶炒制质量的色度与湿度这两个关键因素的实施采集已成为制约行业发展的关键因素，行业内目前尚未找到有效的解决办法应用于炒茶机对茶叶炒制过程基于色度与湿度的实时监控信息进行控制。

发明内容

本发明旨在提供一种能对茶叶炒制过程的色度与湿度实施在线实时监控的茶叶色度与湿度传感装置技术方案，以克服现有技术中存在的问题。

    所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于包括中央处理器及与其连接的摄像头组件、湿度传感器、照明模块、无线通信模块、电源模块，其中：

中央处理器控制摄像头组件在炒茶过程中动态拍摄图像并从摄像头组件并读取图像进行图像处理、茶叶像素搜索，以有效茶叶像素的数量达到阈值时再读取的图像为基准图像，利用基准图像的有效茶叶像素的色度计算平均色度获得茶叶色度；

中央处理器控制湿度传感器在炒茶过程中动态采集空间湿度；

中央处理器控制照明模块用于摄像头组件拍摄过程提供照明；

无线通信模块用于中央处理器和外部接收设备建立无线数据传输连接；

电源模块包括供电电池、一组稳压供电电路和电量检测电路，锂电池和一组稳压供电电路构成不同电压的供电体系，电量检测电路用于检测电池余量并与中央处理器电连接。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的中央处理器上连接设置加速度传感器用于检测摄像头组件与重力方向的偏离角度以进行摄像头组件拍摄位置预判。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的中央处理器控制摄像头组件动态拍摄为摄像头组件连续拍摄；所述的中央处理器从摄像头组件读取图像包括局部图像读取和完整图像读取，有效茶叶像素的数量达到阈值前中央处理器按预先设定图像读取区域从摄像头组件读取局部图像，有效茶叶像素的数量达到阈值时中央处理器从摄像头组件读取完整图像；所述的图像处理为中央处理器将读取的图像的颜色空间从RGB转换为基于色调、饱和度与亮度的颜色空间，然后进行图像分割和有效茶叶像素搜索。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的照明模块包括LED恒流驱动电路、LED灯，LED恒流驱动电路与中央处理器控制连接，LED灯与LED恒流驱动电路之间建立供电电路连接。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的湿度传感器安装在由四条安装柱构成的传感支架的上部，传感支架的中部连接设置连接配合的顶盖、防尘圆筒、底盖，防尘圆筒内上部连接设置电路板，电路板上连接安装中央处理器和摄像头组件、无线通信模块、照明模块，底盖中间位置对应摄像头组设置透明拍摄窗，电路板与电源模块供电连接, 传感支架的下部平行设置一组遮光板，同侧两条安装柱的顶端分别连接设置用于与炒茶机主轴连接的下抱箍、上抱箍。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的照明模块包括LED恒流驱动电路、LED灯，LED恒流驱动电路安装连接在电路板上并与中央处理器控制连接，LED灯与LED恒流驱动电路之间电连接，LED灯通过LED连接柱、LED安装板安装在防尘圆筒下部。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的电路板连接设置与中央处理器控制连接的加速度传感器，加速度传感器用于检测摄像头组件与重力方向的偏离角度以进行摄像头组件拍照位置预判。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的防尘圆筒通过弹性垫圈、卡位片与底盖配合连接。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的电源模块包括电池，电路板上部设置电池仓用于安装供电电池，电池仓上部配合设置仓盖。

所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的安装柱采用多级螺接可脱开结构且与遮光板、顶盖、底盖分别为穿接挡触限位配合。

上述的茶叶色度与湿度传感装置，构思新颖、结构合理，应用于炒茶机能实现对茶叶炒制过程中的茶叶色度与湿度实施实时监控，并有效解决了旋转设备的数据通信传输连接问题，为茶叶炒制过程根据实时监控的色度与湿度进行有效调整提供了保障，通过本装置的应用对茶叶炒制过程实施闭环控制，可精确控制茶叶炒制各环节、彻底消除积累误差，提升茶叶制作品质和茶叶炒制生产效率。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明一种具体实施方式连接结构示意图；

图3为图2所示具体实施方式中未安装防尘圆筒时的连接结构示意图；

图4为图2所示具体实施方式中防尘圆筒内结构仰视示意图；

图中：1－中央处理器、2－加速度传感器、3－摄像头组件、4－湿度传感器、5－无线通信模块、6－照明模块、6a－LED恒流驱动电路、6b－LED灯、6c－LED安装板、6d－LED连接柱、7－电源模块、8－遮光板、9－底盖、10－防尘圆筒、11－顶盖、12－安装柱、12a－连接柱、13a－下抱箍、13b－上抱箍、14－炒茶机主轴、15－卡位片、16－弹性垫圈、17－电路板、18－透明拍摄窗、19－电池仓、20－仓盖。

具体实施方式

现结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式：

如图1所示，茶叶色度与湿度传感装置包括中央处理器1及与其控制连接的加速度传感器2、摄像头组件3、湿度传感器4、照明模块6、无线通信模块5、电源模块7，整个装置安装在炒茶机炒锅上方且随主轴旋转，其中：

中央处理器1控制加速度传感器2检测摄像头组件3与重力方向的偏离角度以进行摄像头组件3拍摄位置预判, 一般将拍摄预判位置设为30°,即当摄像头组件3与重力方向的偏离角度为30°时中央处理器1即控制摄像头组件3开始连续拍摄；

中央处理器1控制摄像头组件3在炒茶过程中动态连续拍摄图像并从摄像头组件3读取图像进行图像处理、茶叶像素搜索，以有效茶叶像素的数量达到阈值时再读取的图像为基准图像，利用基准图像的有效茶叶像素的色度计算平均色度作为茶叶颜色的主参数即获得茶叶色度；所述的图像处理为中央处理器1将读取的图像的颜色空间从RGB转换为基于色调、饱和度与亮度的颜色空间，然后进行图像分割和搜索有效茶叶像素；为提高中央处理器1的处理速度，中央处理器1从摄像头组件3读取图像包括局部图像读取和完整图像读取两个阶段，在搜索到的有效茶叶像素的数量达到阈值前中央处理器1从摄像头组件3读取局部图像，即中央处理器1预先设定图像读取区域从摄像头组件3读取设定区域的图像，有效茶叶像素数量达到阈值时中央处理器1从摄像头组件3读取完整图像；

中央处理器1控制湿度传感器4在炒茶过程中动态采集空间湿度，湿度传感器4安装在茶叶炒锅上方，由湿度传感器4所测取的空间湿度直接反应了茶叶水分的蒸发速度和含水量，即茶叶湿度；

照明模块6为摄像头组件3拍摄过程提供照明，采用高显色指数的LED灯源作为照明可最大程度地还原茶叶色彩，包括LED恒流驱动电路6a、LED灯6b，LED恒流驱动电路6a与中央处理器1控制连接，LED灯6b与LED恒流驱动电路6a之间建立供电电路连接；

电源模块7包括供电电池、一组稳压供电电路和电量检测电路，锂电池和一组稳压供电电路构成不同电压的供电体系为本装置供电；电量检测电路用于检测电池余量并与中央处理器1电连接，供电电池采用3.7V锂电池；

无线通信模块5用于中央处理器1和外部接收设备建立无线数据传输连接，中央处理器1将采集到的茶叶湿度、色度及电池电量等信息通过无线通信模块5向控制主机等外部接收设备发送，解决了旋转设备涉及的信号传输与通信问题；

上述实施例中，加速度传感器2与摄像头组件3近距离设置，中央处理器1控制加速度传感器2检测其与重力方向的偏离角度为摄像头组件3进行拍摄位置预判，一般将拍摄预判位置设为30°，即当加速度传感器2与重力方向的角度为30°时中央处理器1控制LED恒流驱动电路6a将LED灯6b打开对拍摄区域照明，同时命令摄像头组件3开始连续拍摄并将图像数据保存在FIFO缓存中；茶叶像素数量达到阈值前中央处理器1按预先设定区域从摄像头组件3缓存的图像中读取局部图像，并由中央处理器1对所读取的图像进行颜色空间转换、分割和搜索其中的茶叶像素，茶叶像素数量达到阈值时则认为系统已经达到了最佳拍摄位置，命令摄像头组件3拍摄最后一幅图片并进入休眠，中央处理器1从摄像头组件3读取这张最佳位置所拍摄的图片，并控制LED恒流驱动电路6a关闭LED灯6b；利用加速度传感器2进行摄像头组件3拍摄位置预判，并在最佳位置拍摄图片后停止拍摄，控制摄像头组件3在非拍摄位置进入休眠状态，可明显节省电耗，提高电源模块7的使用时间；中央处理器1对最后读取的完整图像进行颜色空间转换、茶叶像素搜索，利用该基准图像的有效茶叶像素计算平均色度即获得被拍摄茶叶的色度数据；中央处理器1在获得色度数据的同时控制湿度传感器4获取当前装置所处空间的空气湿度并进行数据滤波处理，获得当前茶叶湿度，最后由中央处理器1控制无线通信模块5将当前检测到的色度、湿度数据和电池电量信息以无线传输的方式向外部控制主机等接收仪器发送。

如图2、图3、图4所示为上述茶叶色度与湿度传感装置的一种具体实施结构，湿度传感器4安装在由四条安装柱12构成的传感支架的上部，传感支架的中部连接设置顶盖11、防尘圆筒10、底盖9，防尘圆筒10通过弹性垫圈16、卡位片15与底盖9配合连接，顶盖11、防尘圆筒10、底盖9构成封闭的圆筒结构；防尘圆筒10内顶盖11内侧连接设置电路板17，电路板17上连接安装中央处理器1和加速度传感器2、摄像头组件3、无线通信模块5、LED恒流驱动电路6a及电源模块7包含的电量检测电路、一组稳压供电电路，LED灯6b与LED恒流驱动电路6a建立供电电路连接，并通过LED连接柱6d、LED安装板6c安装在防尘圆筒10下部；摄像头组件3安装在顶盖11中心位置，底盖9中心对应摄像头组件3设置透明拍摄窗18，电路板17上部设置电池仓19用于安装电源模块7的供电电池，一般选用3.7V锂电池，锂电池和一组稳压供电电路构成不同电压的供电体系为本装置供电，锂电池也可以用其它储能量高、体积小的其它电池来替代，电池仓19上部配合设置仓盖20，仓盖20设置于湿度传感器4与顶盖11之间，湿度传感器4固定连接在仓盖20上，仓盖20通过蝶形螺母固定在顶盖11上； 传感支架的下部平行设置一组遮光板8，遮光板8一般在两块及两块以上构成类似于百叶窗的结构；同侧的两条安装柱12的顶端分别连接设置用于与炒茶机主轴14连接的下抱箍13a、上抱箍13b，本装置通过下抱箍13a、上抱箍13b就可安装在炒茶机主轴14上，在炒茶过程中随着炒茶机主轴14旋转。 

上述实施例中，顶盖11、防尘圆筒10、底盖9构成了摄像头组件3的封闭遮光结构，遮光板8用于在摄像头组件3的拍摄位置阻断外界光线，遮光板8的多层结构形成了类似于百叶窗的结构，在遮光的同时能起到良好的防风作用，能充分利用茶叶炒锅的深度，使拍摄位置更接近茶叶同时将风阻降到最低；而采用高显色指数的LED灯6b来作为照明可最大程度地还原茶叶色彩，另外弹性垫圈16与防尘圆筒10配合加强了密封性，可有效进行防尘与防湿，避免尘埃和茶叶蒸发水汽进入防尘圆筒10内而影响拍摄效果，因此结构整体上可满足摄像头组件3拍摄时对于光线的要求；同时，湿度传感器4随着炒茶机主轴14旋转，所采集的空间湿度为茶叶上方的湿度，受茶叶的蒸发速度和含水量影响，反映茶叶湿度，防尘圆筒10、遮光板8的横截面积非常小且遮光板8采用类似于百叶窗的多层结构，能充分利用茶叶炒锅的深度，使拍摄位置更接近茶叶同时将风阻降到最低，避免本装置随着炒茶机主轴14旋转过程引起的风力影响装置附近茶叶湿度，确保所拍摄的茶叶湿度与整体茶叶的一致性。

上述实施例中，安装柱12采用多级螺接可脱开结构且与遮光板8、顶盖11、底盖9分别为穿接挡触限位配合，构成安装柱12多级螺接可脱开结构的连接柱12a采用一端为螺纹柱、另一端为螺孔的结构，由安装柱12连接的顶盖11、底盖9、遮光板8分别有其上方连接柱12a的螺孔与下方的连接柱12a的螺纹柱螺接配合，同时连接柱12a的中间段直径大于遮光板8、顶盖11、底盖9的安装孔构成穿接挡触限位配合。

本发明应用于炒茶机，炒茶机主轴14每转一圈捕获一次茶叶色度与湿度，通过无线通信模块5与外部接收设备建立无线数据传输连接，将实时监测到的茶叶色度、湿度与电池余量等信息以无线传输方式向控制主机等外部接收设备发送，能对茶叶炒制过程的色度与湿度实施实时监控，并有效解决旋转设备的数据传输问题，能为茶叶炒制过程根据色度与湿度的实时监控信息进行有效调整提供保障，对茶叶炒制过程实施闭环控制，以精确控制茶叶炒制环节、彻底消除积累误差，提升茶叶品质和生产效率。

Claims (1)

1.茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于包括中央处理器（1）及与其连接的摄像头组件（3）、湿度传感器（4）、照明模块（6）、无线通信模块（5）、电源模块（7），其中：

中央处理器（1）控制摄像头组件（3）在炒茶过程中动态连续拍摄图像并从摄像头组件（3）读取图像进行图像处理、茶叶像素搜索，以有效茶叶像素的数量达到阈值时再读取的图像为基准图像，利用基准图像的有效茶叶像素的色度计算平均色度获得茶叶色度；所述图像处理为中央处理器（1）将读取的图像的颜色空间从RGB转换为基于色调、饱和度与亮度的颜色空间，然后进行图像分割和有效茶叶像素搜索。

中央处理器（1）控制湿度传感器（4）在炒茶过程中动态采集空间湿度；   

中央处理器（1）控制照明模块（6）用于摄像头组件（3）拍摄过程提供照明；

无线通信模块（5）用于中央处理器（1）和外部接收设备建立无线数据传输连接；

电源模块（7）包括供电电池、一组稳压供电电路和电量检测电路，锂电池和一组稳压供电电路构成不同电压的供电体系，电量检测电路用于检测电池余量并与中央处理器（1）电连接；

上述的湿度传感器（4）安装在由四条安装柱（12）构成的传感支架的上部，传感支架的中部连接设置连接配合的顶盖（11）、防尘圆筒（10）、底盖（9），防尘圆筒（10）内上部连接设置电路板（17），电路板（17）上连接安装中央处理器（1）和摄像头组件（3）、无线通信模块（5）、照明模块（6），底盖（9）中间位置对应摄像头组件（3）设置透明拍摄窗（18），电路板（17）与电源模块（7）供电连接, 传感支架的下部平行设置一组遮光板（8），同侧两条安装柱（12）的顶端分别连接设置用于与炒茶机主轴（14）连接的下抱箍（13a）、上抱箍（13b）。

2.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的中央处理器（1）上连接设置加速度传感器（2）用于检测摄像头组件（3）与重力方向的偏离角度以进行摄像头组件（3）拍摄位置预判。

3.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的中央处理器（1）从摄像头组件（3）读取图像包括局部图像读取和完整图像读取，有效茶叶像素的数量达到阈值前中央处理器（1）按预先设定图像读取区域从摄像头组件（3）读取局部图像，有效茶叶像素的数量达到阈值时中央处理器（1）从摄像头组件（3）读取完整图像。

4.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的照明模块（6）包括LED恒流驱动电路（6a）、LED灯（6b），LED恒流驱动电路（6a）与中央处理器（1）控制连接，LED灯（6b）与LED恒流驱动电路（6a）之间建立供电电路连接。

5.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的照明模块（6）包括LED恒流驱动电路（6a）、LED灯（6b），LED恒流驱动电路（6a）安装连接在电路板（17）上并与中央处理器（1）控制连接，LED灯（6b）与LED恒流驱动电路（6a）之间电连接，LED灯（6b）通过LED连接柱（6d）、LED安装板（6c）安装在防尘圆筒（10）下部。

6.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的电路板（17）连接设置与中央处理器（1）控制连接的加速度传感器（2），加速度传感器（2）用于检测摄像头组件（3）与重力方向的偏离角度以进行摄像头组件（3）拍照位置预判。

7.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的防尘圆筒（10）通过弹性垫圈（16）、卡位片（15）与底盖（9）配合连接。

8.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的电源模块（7）包括电池，电路板（17）上部设置电池仓（19）用于安装供电电池，电池仓（19）上部配合设置仓盖（20）。

9.如权利要求1所述的茶叶色度与湿度传感装置，其特征在于所述的安装柱（12）采用多级螺接可脱开结构且与遮光板（8）、顶盖（11）、底盖（9）分别为穿接挡触限位配合。