CN106198295A - 基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置及其方法，涉及失重率检测、计算机以及农产品无损检测技术。本装置包括禽蛋；设置有外壳、长短轴测量模块、数据线、电动推杆、RAM架构的嵌入式主板、触摸显示屏、电源按键、start按键、stop按键、电源线和供电电池。本方法是：①将待检测的禽蛋放到长短轴测量模块中的蛋重检测口上；②推板运动将禽蛋移动到指定位置；③选取数学模型，对采集得到的数据进行处理：④在屏幕上显示对应的结果。本发明利用失重率技术，能够完成禽蛋新鲜度的快速无损检测；装置构造简单，成本低，能够得到广泛的应用；装置体积小易携带，适用场景多，容易推广。

Description

基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及失重率检测技术、计算机技术以及农产品无损检测技术领域，尤其涉及一种基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置及其方法。

背景技术

禽蛋中富含大量的营养元素，深受消费者的喜爱。而且，我国是禽蛋生产和消费大国，禽蛋的总产量占据着世界禽蛋总产量的40%以上。

禽蛋的新鲜度是衡量禽蛋蛋白质的一个重要的指标。目前绝大多数禽蛋新鲜程度的检测依靠人工方式，检测效率和准确率不高。

姜松、漆红等研究了禽蛋几何尺寸与体积、质量的关系。结果表明，禽蛋的几何尺寸和质量都呈正态分布；其得到的结论为可以用估算标准椭球体体积计算方法估算禽蛋体积。可以用体积估算禽蛋的质量，禽蛋质量与禽蛋估算体积相关性优于与长径、短径、蛋形指数、禽蛋长径处椭圆面积的三元和一元线性回归。【姜松、漆红、王国江、蒋晓峰，禽蛋基本特性参数分析与实验[J].农业机械学报,2012,43(4)】。于滨、王喜波研究了贮藏过程中禽蛋失重率的变化，随着贮藏时间的不断延长，禽蛋品质不断下降，失重率和整蛋pH与贮藏时间呈正相关，而哈夫单位和蛋黄指数与贮藏时间呈负相关，分别可以用零级和一级反应动力学方程来表征其变化规律。【于滨、王喜波，储藏条件与禽蛋品质的相关性研究[J].食品科技，2012,37(6)】。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置及其方法。

实现方式：

本发明利用测量鸡蛋的长短轴和蛋重信息，并转化为电信号，通过模型来计算出鸡蛋的体积，从而得到鸡蛋的原始质量。鸡蛋原始质量与实际蛋重进行比较，得到此鸡蛋的失重率，调用相关模型，以达到检测鸡蛋新鲜度的目的；本发明通过利用嵌入式小体积、高可靠、可扩展等优点，设计了一个基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置。具有能够实现随时随地地对禽蛋新鲜度检测的能力，并且有检测速度快、准确率高、适用环境和装置价格便宜多等优点，有着重要的现实意义。现有市场上的禽蛋新鲜度分析装置体积大、价格高，需要配带一个具有强大计算功能的PC机而无法实现家庭、户外等更多场景的运用，让技术难以普及，并且PC计算能力的冗余，造成资源浪费，且大多为破坏性检测；本发明基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置具有体积小、快速和无损的优点，能够很好地解决这类问题。

本发明主要针对单个禽蛋的新鲜度检测。与其他类似研究不同的是，本发明设计了一个基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置，可实现快速检测得到新鲜度结果。本发明主要完成以下几项工作：

1、设计和搭建信息采集装置，采集禽蛋的质量与长短轴信息。主要包括长短轴测量模块的设计，蛋重测量模块的设计，ARM架构的嵌入式主板的选择（iTOP4412linux2440），设备通讯与连接，设备功能界面UI和按键布局设计；

2、采用合适的预处理算法和信号修正算法，对长短轴信号进行处理，提取长短轴与蛋重数据等；选用相关的建模算法，预测该禽蛋的新鲜度。

具体工作主要有：第一，将禽蛋放置在长短轴测量装置上，利用称重传感器采集蛋重数据；第二，将禽蛋放置在长短轴测量装置上，利用推板运动来采集禽蛋的长短轴数据；第三，将数据分别导入相应的模型中，通过长短轴来求解体积，通过体积求解原始蛋重；第四，将原始蛋重和测量蛋重导入相应的模型中，得出结果，并显示。

3、系统中检测软件的编写，系统是基于Linux的Android系统，编写语言为java；软件设计主要包括界面UI设计、数据采集、通讯及处理以及定义实体按键的功能；最后将软件运行于装置，检验检测功能和检测准确度。

本发明的重难点在于：第一，如何将昂贵的新鲜度检测设备便携化，降低使用成本，利用失重率技术实现禽蛋新鲜度的无损检测，打破禽蛋新鲜度检测需要破损的现状；第二，将算法移植到成本低廉的嵌入式系统中，改善传统仪器分析的高额代价的缺点；第三，用户友好的UI和一键检测设计可以让非科研人员轻松使用装置；降低学习成本，打开设备市场。

具体地说，本发明的技术方案如下：

一、基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置（简称装置）

包括工作对象——禽蛋；

设置有外壳、长短轴测量模块、数据线、电动推杆、RAM架构的嵌入式主板、触摸显示屏、电源按键、start按键、stop按键、电源线和供电电池；

所述的长短轴测量模块包括支架、推板、称重传感器、数字式位移计和压力传感器；

其位置和连接关系是：

在外壳的上方开设凹槽安装长短轴测量模块，在外壳的正面设置触摸显示屏，在外壳的正面最右设置有start按键和stop按键，在外壳侧面设置有电源按键，在外壳内部设置有电动推杆，电动推杆与推板连接，在外壳的内部设置有ARM架构的嵌入式主板，在外壳的后侧面设置有电源线，在外壳的内部设置有供电电池；

电动推杆、触摸显示屏、电源按键、start按键、stop按键、称重传感器、数字式位移计和压力传感器分别通过数据线与ARM架构的嵌入式主板电气连接；

供电电池通过电源线提供电源。

二、基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①将待检测的禽蛋放到长短轴测量模块中的蛋重检测口上；

②推板运动将禽蛋移动到指定位置；

③选取数学模型，对采集得到的数据进行处理：

④在屏幕上显示对应的结果。

本发明的工作原理：

开启装置的总电源，打开检测软件；将待检测禽蛋放在传感器的检测口上，称重传感器将接受到的压力信号转换成电信号，通过A/D转换接入ARM架构的嵌入式主板；按下start按键长短轴测量模块开始工作，推板推动禽蛋移动，当推板上的压力传感器接受到相应的信号时，推板停止运动，数字式位移计将接受的电信号，通过A/D转换接入ARM架构的嵌入式主板；检测软件运用检测得到的数据计算禽蛋的失重率，并对禽蛋好坏进行判断，最后显示在显示屏上；从而实现禽蛋新鲜度的无损检测和分级判断。

本发明具有下列优点和积极效果：

①利用失重率技术，能够完成禽蛋新鲜度的快速无损检测；

②运用多个模型逐步进行运算；

③模型线性好，检测准确率高；

④基于嵌入式系统，高可靠、可扩展、易升级；

⑤装置构造简单，成本低，能够得到广泛的应用；

⑥装置体积小易携带，适用场景多，容易推广。

附图说明

图1是本装置的结构示意图（立体图）；

图2是本装置的结构方框图；

图3是长短轴测量模块的结构示意图（立体图）；

图4是电动推杆的结构示意图（立体图）；

图5是软件的工作流程图；

图中：

0—禽蛋；

1—外壳；

2—长短轴测量模块，

2.1—推板，

2.2—称重传感器，

2.3—数字式位移计，

2.4—压力传感器，

2.5—导轨；

3—数据线；

4—电动推杆；

5—ARM架构的嵌入式主板

ARM：Acorn RISC Machine，是Acorn有限公司面向市场设计的第一款RISC微处理器，ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。

6—触摸显示屏；

7—电源按键；

8—start按键；

9—stop按键；

10—电源线；

11—供电电池。

具体实施方式

下面结合附图和实例详细说明：

一、装置

1、总体

如图1、图2、图3，本装置包括工作对象——禽蛋0；

设置有外壳1、长短轴测量模块2、数据线3、电动推杆4、RAM架构的嵌入式主板5、触摸显示屏6、电源按键7、start按键8、stop按键9、电源线10和供电电池11；

所述的长短轴测量模块2包括支架2.0、推板2.1、称重传感器2.2、数字式位移计2.3和压力传感器2.4；

其位置和连接关系是：

在外壳1的上方开设凹槽安装长短轴测量模块2，在外壳1的正面设置触摸显示屏6，在外壳1的正面最右设置有start按键8和stop按键9，在外壳1侧面设置有电源按键7，在外壳1内部设置有电动推杆4，电动推杆4与推板2.1连接，在外壳1的内部设置有ARM架构的嵌入式主板5，在外壳1的后侧面设置有电源线10，在外壳1的内部设置有供电电池11；

电动推杆4、触摸显示屏6、电源按键7、start按键8、stop按键9、称重传感器2.2、数字式位移计2.3和压力传感器2.4分别通过数据线3与ARM架构的嵌入式主板5电气连接；

供电电池11通过电源线10提供电源。

2、功能部件

1）外壳1

外壳1是本装置的支撑体，塑料材质，整体大小为长×宽×高=11cm×14cm×7cm。

设计的开口有触摸显示屏开口、按键开口、长短轴测量模块开口和其他接口开口（数据线、电源线等）。

2）长短轴测量模块2

如图3，长短轴测量模块2由支架2.0、推板2.1、称重传感器2.2、数字式位移计2.3、压力传感器2.4和导轨2.5组成；

在支架2.0的两边分别设置有推板2.1，在支架2.0底部设置有导轨2.5和称重传感器2.2，在推板2.1的上面设置有压力传感器2.4，推板2.1与导轨2.5连接，数字式位移计2.3设置在推板2.1与导轨2.5之间。

3）Arm架构的嵌入式主板5

（1）硬件配置

是一种通用外购件，选用迅为iTOP4412；

主要特征是使用了Exynos 4412-ARM处理器；320PIN管脚引出；HDMI、MIPI、常用的RJ-45网口、串口、通用总线、GPIO等接口单元；并且有充足的内存空间至少1GBRAM，4GBROM。

（2）软件构建

基于Linux的Android操作系统，版本4.0；检测软件编写语言为java，开发工具为谷歌定制eclipse；软件设计主要包括界面UI设计和数据处理以及定义实体按键的功能，并导入建立的模型。

如图5，软件工作流程：

A、启动程序-501；

B、选择品种-502；

C、选择对应品种的数学模型-503；

D、读取长短轴与蛋重数据-504；

按下start按键8，执行测量操作；

E、计算禽蛋体积-505

通过长短轴数据，进入已建立的长轴L、短轴B和体积V模型：

粉色禽蛋：V1=0.5189×LB^2，褐色禽蛋：V2=0.5474×LB^2，计算出禽蛋的体积；

F、计算蛋重-506

通过禽蛋的体积数据，进入已建立的体积V与质量m模型：

粉色禽蛋：m1=1.0803×V1，褐色禽蛋：m2=1.0269×V2，计算出禽蛋的质量；

G、计算禽蛋的失重率-507

将测量的实际蛋重m与计算出的蛋重导入Arm架构的嵌入式主板中，进行数学运算，得到禽蛋的失重率p；

H、判断并显示结果-508

将得到的禽蛋失重率p导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，判断此禽蛋的新鲜度，并在显示屏上显示结果。

4）触摸显示屏6

一种通用外购件，是一个具有RGB-LCD接口的7寸触控显示屏。

5）电源按键7

一个脉冲式开关按键，用来控制装置的开关机和待机的电源键。

6）start按键8

一种通用外购件，即脉冲式开关按键，其有一个触发程序，可以快速设置参数，实现一键检测功能。

7）stop按键9

一种通用外购件，即脉冲式开关按键，其有一个触发程序，可以快速设置参数，实现一键检测功能。

8）推板11

一个塑料制品，表面设置有压力传感器。

9）称重传感器12

一种通用外购件，是一个电阻应变式称重传感器。

10）数字式位移计13

一种通用外购件，是一个数字式游标卡尺。

11）压力传感器14

一种通用外购件，是一个电阻应变片压力传感器。

12）电动推杆15

一种通用外购件，是通过永磁直流电机驱动。

13）供电电池16

一个通用外购件，特点是薄片状的锂电池，容量在2000mA.h以上。

二、检测结果

本实验的试验样品采购于九峰山鸡场，通过上述的基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置及其方法进行预测，检测效果较好，满足家庭实际检测需求。

Claims (4)

1.一种基于失重率的禽蛋新鲜度便携式检测装置，包括禽蛋（0）；

其特征在于：

设置有外壳（1）、长短轴测量模块（2）、数据线（3）、电动推杆（4）、RAM架构的嵌入式主板（5）、触摸显示屏（6）、电源按键（7）、start按键（8）、stop按键（9）、电源线（10）和供电电池（11）；

所述的长短轴测量模块（2）包括支架（2.0）、推板（2.1）、称重传感器（2.2）、数字式位移计（2.3）和压力传感器（2.4）；

其位置和连接关系是：

在外壳（1）的上方开设凹槽安装长短轴测量模块（2），在外壳（1）的正面设置触摸显示屏（6），在外壳（1）的正面最右设置有start按键（8）和stop按键（9），在外壳（1）侧面设置有电源按键（7），在外壳（1）内部设置有电动推杆（4），电动推杆（4）与推板（2.1）连接，在外壳（1）的内部设置有ARM架构的嵌入式主板（5），在外壳（1）的后侧面设置有电源线（10），在外壳1的内部设置有供电电池（11）；

电动推杆（4）、触摸显示屏（6）、电源按键（7）、start按键（8）、stop按键（9）、称重传感器（2.2）、数字式位移计（2.3）和压力传感器（2.4）分别通过数据线（3）与ARM架构的嵌入式主板（5）电气连接；

供电电池（11）通过电源线（10）提供电源。

2.按权利要求1所述的禽蛋新鲜度便携式检测装置，其特征在于：

所述的长短轴测量模块（2）由支架（2.0）、推板（2.1）、称重传感器（2.2）、数字式位移计（2.3）、压力传感器（2.4）和导轨（2.5）组成；

在支架（2.0）的两边分别设置有推板（2.1），在支架（2.0）底部设置有导轨（2.5）和称重传感器（2.2），在推板（2.1）的上面设置有压力传感器（2.4），推板（2.1）与导轨（2.5）连接，数字式位移计（2.3）设置在推板（2.1）与导轨（2.5）之间。

3.按权利要求1所述的禽蛋新鲜度便携式检测装置，其特征在于：

所述的RAM架构的嵌入式主板（5）其内嵌的软件工作流程：

A、启动程序（501）；

B、选择品种（502）；

C、选择对应品种的数学模型（503）；

D、读取长短轴与蛋重数据（504）；

按下start按键（8），执行测量操作；

E、计算禽蛋体积（505）

通过长短轴数据，进入已建立的长轴L、短轴B和体积V模型：

粉色禽蛋：V1=0.5189×LB^2，褐色禽蛋：V2=0.5474×LB^2，计算出禽蛋的体积；

F、计算蛋重（506）

通过禽蛋的体积数据，进入已建立的体积V与质量m模型：

粉色禽蛋：m1=1.0803×V1，褐色禽蛋：m2=1.0269×V2，计算出禽蛋的质量；

G、计算禽蛋的失重率（507）

将测量的实际蛋重m与计算出的蛋重导入Arm架构的嵌入式主板中，进行数学运算，得到禽蛋的失重率p；

H、判断并显示结果（508）

将得到的禽蛋失重率p导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，判断此禽蛋的新鲜度，并在显示屏上显示结果。

4.按权利要求1所述的禽蛋新鲜度便携式检测装置的检测方法，其特征在于：

①将待检测的禽蛋放到长短轴测量模块中的蛋重检测口上；

②推板运动将禽蛋移动到指定位置；

③选取数学模型，对采集得到的数据进行处理：

④在屏幕上显示对应的结果。