CN108645984A - 一种冰箱内食材品质动态检测系统及方法 - Google Patents

一种冰箱内食材品质动态检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种冰箱内食材品质动态检测系统，包括：监测模块、存储器、数据处理器、数据传输模块、监测系统控制器、显示屏以及蜂鸣器；所述监测模块通过数据传输模块与存储器、数据处理器连接；所述监测系统控制器与监测模块连接，控制监测模块的工作状态；所述数据处理器与显示屏、蜂鸣器连接；冰箱内食材放置架上设置有滑动底座，监测模块安装在滑动底座上，监测系统控制器与滑动底座连接。本发明通过气体传感技术、液相‑气相纳米电极检测技术、非线性信号分析技术的综合应用，实现冰箱内食材品质精准判断，解决传统家用冰箱不能准确检测食材品质的技术难题，实现一种能够针对变质食材进行告警的智能化家用冰箱，全面提升普通家庭的食品安全防范能力。

Description

一种冰箱内食材品质动态检测系统及方法
技术领域
本发明涉及冰箱技术领域，特别涉及一种冰箱内食材品质动态检测系统及方法。
背景技术
冰箱是家庭生活中必不可少的食材保藏电子装置，其由压缩机、热量输送装置、保温室和温度反馈等单元组成。传统冰箱仅实现食材储藏和临时过渡存放的功能，主要缺陷在于：无法对其内部存放腐败、质变的食物食材进行智能提醒和告警，时间久了就造成冰箱储藏室内的污染，如不能及时将腐败的食物食材取走，还会污染品质好的食物或者食材，不但给人们的带来经济损失，更重要的是影响了人们的身体健康，降低了生活幸福指数。
中国专利公开号CN106766662A，公开日2017年05月31日，发明创造的名称为冰箱内食材监测管理方法及系统，该申请案公开一种冰箱内食材监测管理方法，所述方法包括：定时或实时检测冰箱内的食材气味，并将检测到的食材气味转化为电阻值；将检测到的食材气味的电阻值与食材被放入冰箱时的气味的电阻值进行对比，获得食材气味的电阻值差值；根据食材气味的电阻值差值判断食材新鲜度，并根据食材新鲜度调整冰箱的环境参数，向用户输出提醒信息。其不足之处在于冰箱内食材多种多样，所散发的气味容易相串，仅通过气味进行食材新鲜度的判断，容易造成误判。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的无法对冰箱内存放的食材进行品质监控，有效防止腐败、质变的食物造成的冰箱室内污染问题，提供了一种冰箱内食材品质动态检测系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冰箱内食材品质动态检测系统，包括：监测模块、存储器、数据处理器、数据传输模块、监测系统控制器、显示屏以及蜂鸣器；所述监测模块通过数据传输模块与存储器、数据处理器连接；所述监测系统控制器与监测模块连接，控制监测模块的工作状态；所述数据处理器与显示屏、蜂鸣器连接；冰箱内食材放置架上设置有滑动底座，监测模块安装在滑动底座上，监测系统控制器与滑动底座连接。
作为优选，所述监测模块包括温湿度传感器、气相传感器和液相传感器；所述温湿度传感器、气相传感器和液相传感器均与监测系统控制器连接，监测系统控制器根据温湿度传感器检测到的冰箱内温湿度指标，对气相传感器和液相传感器的检测数据进行比对校正。
作为优选，还包括液相传感器检测盒，检测盒内置检测液，液相传感器安装在检测盒内，检测液用于富集冰箱内各类食材、食材所挥发的气相分子，将气相分子转换为液相分子。
作为优选，气相传感器包括但不限于：乙醇传感器、烷烃类传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器以及冰箱室内空气质量传感器；所述液相传感器，由纳米泡沫铜电极和铂电极构成检测电极体系，用于检测溶解于检测液中的食材挥发成分。
作为优选，所述滑动底座包括：滑轨、滑块以及步进电机，监测模块与滑块连接，监测系统控制器与步进电机连接，控制步进电机带动滑块在滑轨上移动。
作为优选，一种冰箱内食材品质动态检测方法，适用于所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，包括：
S1：将食材置于食材放置架上上，并关上冰箱门；
S2：开启监测系统控制器，唤醒所有传感器，根据监测方案，监测系统控制器控制滑轨将每个传感器固定在既定的位置，准备采集检测信号；
S3：对于气相传感器，通过监测系统控制器设定测量周期T内加热电压上升或下降速率；在监测系统控制器的控制下，气相传感器检测信号和液相传感器检测信号经由数据传输模块实时传送到数据处理器待处理；
S4：数据处理器对接收到的传感器信号进行处理，做出食材品质判断并显示在显示屏上，当出现食材品质不合格时，蜂鸣器发出报警信息。
作为优选，所述步骤S4数据处理器对接收到的传感器信号进行的处理包括：
S41：将各传感器检测数据图像化；
S42：图像分割分析，监测特征信息序列构建；
S43：做出食材品质判断。
作为优选，所述步骤S41包括：以每个传感器节点的响应值Ri作为节点响应圆的半径，各响应圆的圆心位于感知节点的中心位置；利用灰度二次样条插值的方法，形成从白色到黑色平缓过度的色度分布，形成一幅若干个节点响应圆的节点响应图像。
作为优选，步骤1：设定n个传感器的检测数据分别为snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)；对于平均检测信号中的每个时刻t，计算t-T时刻至t时刻传感器i测量信号均值VUi(t)、传感器i测量信号最大值MAi(t)和传感器i测量信号最小值MIi(t)；设定
经过上述校准计算，得到传感器检测数据snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)所对应的校准信号Seb1(t)、Seb2(t)、Seb3(t)、……Sebn(t)；
步骤2：统计所有传感器响应点的点数，以Rav为半径做圆，使得以Rav为半径的圆内与圆外传感器响应点的响应值之和相同，设响应点总数为T，求出传感器响应点数值之和则存在一个j1，满足：而
步骤3：统计Rav半径圆外的传感器响应点数，以Rk1为半径做一个圆，使得以Rk1为半径的圆内响应值之和与圆外点响应值之和相同；
设经过第一次多链路逼近图像分割后Rav半径圆外剩余传感器响应点总数为T1，求出传感器响应点数值之和则存在一个j2，满足：
步骤4：重复上述过程，直到满足以下条件：经过m次多链路逼近分割之后，在以Rk(m-1)为半径的圆外，残余传感器响应值总和满足：λ＝0.0027；
步骤5：以Rk(m-1)作为某个时间区间该传感器的特征值，用于判断食材品质。
作为优选，所述步骤S43包括：如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率＜5％的传感器节点，占总节点数的10％，计算机做出样品品质良好的判断；如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率在[5％，15％]区间内的传感器节点，占总节点数比例在[10％，20％]区间内，计算机做出样品品质合格的判断；如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率＞15％的传感器节点，占总节点数的20％，计算机做出样品品质不合格的判断。
本发明的实质性效果：本发明(1)通过气体传感技术、液相-气相纳米电极检测技术、非线性信号分析技术的综合应用，实现冰箱内食材品质精准判断，解决传统家用冰箱不能准确检测食材品质的技术难题，实现一种能够针对变质食材进行告警的智能化家用冰箱，全面提升普通家庭的食品安全防范能力。(2)食材放置架上设置有滑动底座，传感器安装在滑动底座上，滑动底座带动传感器移动，实现冰箱内食材的动态检测。(3)利用纳米材料修饰的多个气体传感器构成的传感器网络，实时获取冰箱内食品挥发气体特征信息，如果某类食品出现了质变，就会挥发出特定质变特征气体，被传感器网络感知之后，形成电信号传输到处理单元。(4)由于传感器网络分布具有分散性，所以冰箱内传感器采用低功耗设计，并配有锂电池。基于传感器网络的物理低功耗特性，本系统配有无线传感器网络传输协议，优化了冰箱内感知传感器节点的能量消耗和传输功耗，提高了传感器网络的工作寿命。
附图说明
图1为本发明的第一示意图；
图2为本发明的第二示意图；
图3为本发明的第三示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
一种冰箱内食材品质动态检测系统，包括：监测模块、存储器、数据处理器、数据传输模块、监测系统控制器、显示屏、蜂鸣器以及液相传感器检测盒。监测模块通过数据传输模块与存储器、数据处理器连接，监测系统控制器与监测模块连接，控制监测模块的工作状态，数据处理器与显示屏、蜂鸣器连接。冰箱内食材放置架上设置有滑动底座，监测模块安装在滑动底座上，滑动底座包括滑轨、滑块以及步进电机，监测模块与滑块连接，监测模块包括温湿度传感器、气相传感器和液相传感器，监测系统控制器与步进电机连接，控制步进电机带动滑块在滑轨上移动，每个测量周期T结束，滑块进行移动，各传感器采集下一位置的信号，实现冰箱内食材的动态监测。
温湿度传感器、气相传感器和液相传感器均与监测系统控制器连接，监测系统控制器根据温湿度传感器检测到的冰箱内温湿度指标，对气相传感器和液相传感器的检测数据进行比对校正。液相传感器安装在检测盒内，检测盒内置有检测液，检测液用于富集冰箱内各类食材、食材所挥发的气相分子，将气相分子转换为液相分子。气相传感器包括但不限于：乙醇传感器、烷烃类传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器以及冰箱室内空气质量传感器。液相传感器由纳米泡沫铜电极和铂电极构成检测电极体系，用于检测溶解于检测液中的食材挥发成分。
一种冰箱内食材品质动态检测方法，适用于所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，包括：
S1：将食材置于食材放置架上上，并关上冰箱门；
S2：开启监测系统控制器，唤醒所有传感器，根据监测方案，监测系统控制器控制滑轨将每个传感器固定在既定的位置，准备采集检测信号；到下一个测量周期T到来时，改变传感器位置，重新进行信号采集；
S3：对于气相传感器，通过监测系统控制器设定测量周期T内加热电压上升或下降速率；在监测系统控制器的控制下，气相传感器检测信号和液相传感器检测信号经由数据传输模块实时传送到数据处理器待处理；
S4：数据处理器对接收到的传感器信号进行处理，做出食材品质判断并显示在显示屏上，当出现食材品质不合格时，蜂鸣器发出报警信息；
其中，数据处理器对接收到的传感器信号进行处理的过程包括：
S41：将各传感器检测数据图像化；
以每个传感器节点的响应值Ri作为节点响应圆的半径，各个响应圆的圆心位于感知节点的中心位置；利用灰度二次样条插值的方法，形成从白色到黑色平缓过度的色度分布，形成一幅多个感知节点响应圆的感知节点响应图像；如图1所示，首先以每个节点传感器的响应值Ri作为节点响应面上该瞬时响应的初始半径，画出此时的响应点，假设各个响应圆的圆心位于传感器放置的位置，传感器每采集一个信号，响应面的瞬时半径R1就顺时针旋转1°，把此时的响应值画在响应面上，响应面初始为黑色，响应信号画点颜色为白色，因此，随着每个传感器检测时间的延长，在黑色背景中白色响应点的分布如图2所示：从图2中可以观察出，不同传感器由于检测信号特性不同，其响应面的轮廓范围是不同的，反映了其响应的变化范围是具有一定分布的。
所述步骤S42包括：步骤1：设定n个传感器的检测数据分别为snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)；对于平均检测信号中的每个时刻t，计算t-T时刻至t时刻传感器i测量信号均值VUi(t)、传感器i测量信号最大值MAi(t)和传感器i测量信号最小值MIi(t)；
设定
其中，经过上述校准计算，得到传感器检测数据snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)所对应的校准信号Seb1(t)、Seb2(t)、Seb3(t)、……Sebn(t)；
步骤2：统计所有传感器响应点的点数，以Rav为半径做圆，使得以Rav为半径的圆内与圆外传感器响应点的响应值之和相同，如图3所示，设响应点总数为T，求出传感器响应点数值之和则存在一个j1，满足：而
步骤3：统计Rav半径圆外的传感器响应点数，以Rk1为半径做一个圆，使得以Rk1为半径的圆内响应值之和与圆外点响应值之和相同；
设经过第一次多链路逼近图像分割后Rav半径圆外剩余传感器响应点总数为T1，求出传感器响应点数值之和则存在一个j2，满足：
步骤4：重复上述过程，直到满足以下条件：经过m次多链路逼近分割之后，在以Rk(m-1)为半径的圆外，残余传感器响应值总和满足：λ＝0.0027；
步骤5：以Rk(m-1)作为某个时间区间该传感器的特征值，用于判断食材品质。
S43：做出食材品质判断。
如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率≤5％的传感器节点，占总节点数的10％以下，计算机做出样品品质良好的判断；
如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率在[5％，15％]区间内的传感器节点，占总节点数比例在[10％，20％]区间内，计算机做出样品品质合格的判断；
如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率＞15％的传感器节点，占总节点数的20％以上，计算机做出样品品质不合格的判断。
以上所述实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (10)

1.一种冰箱内食材品质动态检测系统，其特征在于，包括：监测模块、存储器、数据处理器、数据传输模块、监测系统控制器、显示屏以及蜂鸣器；所述监测模块通过数据传输模块与存储器、数据处理器连接；所述监测系统控制器与监测模块连接，控制监测模块的工作状态；所述数据处理器与显示屏、蜂鸣器连接；冰箱内食材放置架上设置有滑动底座，监测模块安装在滑动底座上，监测系统控制器与滑动底座连接。
2.根据权利要求1所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，其特征在于，所述监测模块包括温湿度传感器、气相传感器和液相传感器；所述温湿度传感器、气相传感器和液相传感器均与监测系统控制器连接，监测系统控制器根据温湿度传感器检测到的冰箱内温湿度指标，对气相传感器和液相传感器的检测数据进行比对校正。
3.根据权利要求2所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，其特征在于，还包括液相传感器检测盒，检测盒内置检测液，液相传感器安装在检测盒内，检测液用于富集冰箱内各类食材、食材所挥发的气相分子，将气相分子转换为液相分子。
4.根据权利要求2或3所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，其特征在于，所述气相传感器包括但不限于：乙醇传感器、烷烃类传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器以及冰箱室内空气质量传感器。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，其特征在于，所述滑动底座包括：滑轨、滑块以及步进电机，所述监测模块与滑块连接；所述监测系统控制器与步进电机连接，控制步进电机带动滑块在滑轨上移动。
6.一种冰箱内食材品质动态检测方法，适用于权利要求1或2或3所述的一种冰箱内食材品质动态检测系统，其特征在于，包括：
S1：将食材置于食材放置架上上，并关上冰箱门；
S2：开启监测系统控制器，唤醒所有传感器，根据监测方案，监测系统控制器控制滑轨将每个传感器固定在既定的位置，准备采集检测信号；
S3：对于气相传感器，通过监测系统控制器设定测量周期T内加热电压上升或下降速率；在监测系统控制器的控制下，气相传感器检测信号和液相传感器检测信号经由数据传输模块实时传送到数据处理器待处理；
S4：数据处理器对接收到的传感器信号进行处理，做出食材品质判断并显示在显示屏上，当出现食材品质不合格时，蜂鸣器发出报警信息。
7.根据权利要求6所述的一种冰箱内食材品质动态检测方法，其特征在于，所述步骤S4数据处理器对接收到的传感器信号进行的处理包括：
S41：将各传感器检测数据图像化；
S42：对图像进行分割分析，构建监测特征信息序列；
S43：做出食材品质判断。
8.根据权利要求7所述的一种冰箱内食材品质动态检测方法，其特征在于，所述步骤S41包括：以每个传感器节点的响应值Ri作为节点响应圆的半径，各响应圆的圆心位于感知节点的中心位置；利用灰度二次样条插值的方法，形成从白色到黑色平缓过度的色度分布，形成一幅若干个节点响应圆的节点响应图像。
9.根据权利要求7所述的一种冰箱内食材品质动态检测方法，其特征在于，所述步骤S42包括：
步骤1：设定n个传感器的检测数据分别为snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)；对于平均检测信号中的每个时刻t，计算t-T时刻至t时刻传感器i测量信号均值VUi(t)、传感器i测量信号最大值MAi(t)和传感器i测量信号最小值MIi(t)；设定
其中，
经过上述校准计算，得到传感器检测数据snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)
所对应的校准信号Seb1(t)、Seb2(t)、Seb3(t)、……Sebn(t)；
步骤2：统计所有传感器响应点的点数，以Rav为半径做圆，使得以Rav为半径的圆内与圆外传感器响应点的响应值之和相同，
设响应点总数为T，求出传感器响应点数值之和则存在一个j1，满足：而
步骤3：统计Rav半径圆外的传感器响应点数，以Rk1为半径做一个圆，使得以Rk1为半径的圆内响应值之和与圆外点响应值之和相同；
设经过第一次多链路逼近图像分割后Rav半径圆外剩余传感器响应点总数为T1，求出传感器响应点数值之和则存在一个j2，满足：
步骤4：重复上述过程，直到满足以下条件：经过m次多链路逼近分割之后，在以Rk(m-1)为半径的圆外，残余传感器响应值总和满足：λ＝0.0027；
步骤5：以Rk(m-1)作为某个时间区间该传感器的特征值，用于判断食材品质。
10.根据权利要求7或8或9所述的一种冰箱内食材品质动态检测方法，其特征在于，所述步骤S43包括：
如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率＜5％的传感器节点，占总节点数的10％，计算机做出样品品质良好的判断；
如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率在[5％，15％]区间内的传感器节点，占总节点数比例在[10％，20％]区间内，计算机做出样品品质合格的判断；
如果分割图像中半径Rk(m-1)在测量周期T内的变化率＞15％的传感器节点，占总节点数的20％，计算机做出样品品质不合格的判断。
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