CN109164009A - 一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统 - Google Patents

一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统 Download PDF

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阙劲松
冀新威
普恩平
陈泽林
黄坤
吕冰冰
杨丽娜
邵小东
岳家许
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Abstract

本发明公开了一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，属于烤烟领域，所述的烟叶烘烤实时在线监测记录系统包括重量检测装置、近红外相机、数据处理模块、通信模块、移动客户端，所述的重量检测装置、近红外相机与数据处理模块连接，数据处理模块与远程客户端连接，重量检测装置检测烟叶重量变化，从而确定烟叶中的水分变化，不需要在烟叶烘烤过程中反复取样观察而干扰烟叶烘烤，红外相机采集烟叶烘烤过程中的红外光谱数据，通过红外光谱数据判断烟叶的颜色，在远程客户端上能够在线检测烟叶实时烘烤情况。

Description

一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统
技术领域
本发明属于计算机领域，更具体的说涉及一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统。
背景技术
烟叶在烘烤过程中主要从以下几个方面描述烟叶的变化特点，一是颜色变化：鲜叶采摘后会经历由绿变黄的过程，该颜色变化通常用变黄程度来描述，而烟叶最终由黄变褐的过程则用变褐程度来描述；二是水分变化：烟叶在烘烤过程中所含水分会被大量蒸发脱除，最终达到烟叶干燥的目的，由于烟叶在烘烤过程中水分变化不便随时测定，一般采用烟叶的形态变化作为描述烟叶干燥程度的指标，主要分为烟叶叶片凋萎发软、主脉发软、小卷筒、大卷筒、主脉全干等形态指标；三是烟叶变化程度与时间和温湿度的相关性，如与时间的相关性：若变黄时间短则称为变黄快，反之称为变黄慢，与温湿度的相关性：若低温条件下容易变黄，则称为变黄易，反之称为变黄难等。
在以往的烟叶烘烤监测中，均采用人工通过观察窗凭经验进行观察判别烟叶烘烤程度，费时费力，也带来了一定的不准确性，如何采用物联网与图像识别软件相结合的方式来判断烟叶的烘烤程度，并进行实时的在线记录，是一个很有前景的发展方向。
发明内容
本发明通过采用物联网技术与近红外摄像，结合图像识别技术，来判定烟叶的颜色，在通过烟叶的烘烤过程中的重量变化来确定烟叶中的水分，能够实时的监测和记录烟叶的烘烤程度，工作人员可在远程客户端上进行查看；大大的降低了工人的劳动强度。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的烟叶烘烤实时在线监测记录系统包括重量检测装置1、近红外相机2、数据处理模块3、通信模块4、服务器5、移动客户端6；所述的重量检测装置1、近红外相机2与数据处理模块3连接，数据处理模块3与服务器5连接，服务器5与通信模块4连接、通信模块4与移动客户端6连接。
优选的，所述的重量检测装置1包括吊环Ⅰ101、吊环Ⅱ102、连接扣Ⅰ103、连接扣Ⅱ104、拉力传感器105；所述的吊环Ⅰ101下端与连接扣Ⅰ103连接，连接扣Ⅰ103下端与拉力传感器105通过螺栓连接，拉力传感器105下端通过螺栓与连接扣Ⅱ104上端连接，连接扣Ⅱ104与吊环Ⅱ102连接，拉力传感器105输出端与数据处理模块3输入端连接。
优选的，所述的近红外相机2包括云台支架201、摄像头202、数据线203；云台支架201安装于烤烟房观察窗的下端，摄像头202安装于云台支架201上，云台支架201可以进行左右转动，摄像头202正对烤烟房内部，摄像头202的输出端通过数据线203与数据处理模块3输入端连接。
优选的，所述的数据处理模块3包括模拟信号采集卡301、中继器302、视频数据采集卡303；近红外相机2的摄像头202是通过数据线203与数据处理模块3中的中继器302连接，中继器302与视频数据采集卡303连接，视频数据采集卡303输出端与服务器5连接；拉力传感器105输出端通过导线与模拟信号采集卡301输入端连接，模拟信号采集卡301输出端与服务器5连接。
优选的，所述的通信模块4采用工业4G网络通信模块4，服务器5采用安装有GRAMS图像光谱分析软件的PC电脑，移动客户端6采用智能手机。
优选的，烟叶烘烤实时在线水分监测步骤为：
步骤1.在服务器5数据库内记录不同水分含量百分比的烟叶颜色，即烟叶烘烤曲线数据，该数据包括烟叶的烘烤温湿度要求与烟叶的颜色变化情况；
步骤2.把近红外相机2检测到的烟叶颜色图像送入GRAMS图像光谱分析软件分析；
步骤3.把经过光谱分析软件分析后的图像与事先存入数据库内的烟叶颜色进行对比，确认所拍摄到的烟叶的颜色变化情况；
步骤4.服务器5通过数据库内的烟叶烘烤变化曲线数据对比近红外相机2采集到烟叶的颜色，判定当前烘烤箱内的烟叶烘烤阶段；
步骤5.服务器5把重量检测装置1采集到的烟叶重量变化数据存入数据库内，从而确定烟叶中的水分含量百分比变化情况；
步骤6.服务器5通过通信模块4把烟叶颜色变化情况、烟叶水分含量百分比、烟叶重量变化数据实时传输到移动客户端6，用户可以在移动客户端6上通过web网页登陆服务器5进行查看。
优选的，所述的步骤4.服务器5把相应的烟叶烘烤阶段数据传递给烘烤箱控制器，烘烤箱控制器通过预先存储的烟叶烘烤曲线数据，对烘烤箱烘烤温度和烘烤时长进行设定。
优选的，所述的烟叶烘烤曲线是在初始的3-4小时为预热阶段快速升温至34摄氏度，湿度增加到32%左右，维持该温湿度到20小时作用，这个阶段烟叶开始出现黄色；在20小时之后继续每间隔3小时升温1摄氏度，直到温度升至38摄氏度，湿度保持在34%左右，烟叶基本变黄并发软坍塌；55小时过后继续没间隔3小时升温1摄氏度，将温度升至42摄氏度稳定，湿度控制在36%，烟叶基本全黄，烟叶支脉变黄，塌架拖条；在80小时过后，每隔2小时升温1摄氏度将温度升至48摄氏度稳定，湿度控制在37%，烟叶也肉全黄，烟叶主脉开始变白；在105小时以后控制每间隔1.5小时升温1摄氏度将温度升至54摄氏度温度，湿度控制在38%，烟叶叶肉部分全干；在135小时过后控制每隔1小时左右升温1摄氏度将温度升至65-68摄氏度，湿度控制在40%，烟叶主脉全干，保持该温湿度到160小时，完成烟叶烘干。
本发明有益效果：
本发明通过采用物联网技术与近红外摄像，结合图像识别技术，来判定烟叶的颜色，在通过烟叶的烘烤过程中的重量变化来确定烟叶中的水分，能够实时地监测和记录烟叶的烘烤程度，工作人员可在远程客户端上进行查看；大大地降低了工作人员的劳动强度。
附图说明
图1，为本发明系统框图；
图2，为本发明重量检测装置结构图；
图3，为本发明近红外相机安装示意图；
图4，为烟叶烘烤曲线图；
图中，1-重量检测装置、2-近红外相机、3-数据处理模块、4-通信模块、5-服务器、6-移动客户端、101-吊环Ⅰ、102-吊环Ⅱ、103-连接扣Ⅰ、104-连接扣Ⅱ、105-拉力传感器、201-云台支架、202-摄像头、203-数据线、301-模拟信号采集卡、302-中继器、303-视频数据采集卡。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本发明保护范围。
如图1-3所示，所述的烟叶烘烤实时在线监测记录系统包括重量检测装置1、近红外相机2、数据处理模块3、通信模块4、服务器5、移动客户端6；所述的重量检测装置1、近红外相机2与数据处理模块3连接，数据处理模块3与服务器5连接，服务器5与通信模块4连接、通信模块4与移动客户端6连接。
所述的重量检测装置1包括吊环Ⅰ101、吊环Ⅱ102、连接扣Ⅰ103、连接扣Ⅱ104、拉力传感器105；所述的吊环Ⅰ101下端与连接扣Ⅰ103连接，连接扣Ⅰ103下端与拉力传感器105通过螺栓连接，拉力传感器105下端通过螺栓与连接扣Ⅱ104上端连接，连接扣Ⅱ104与吊环Ⅱ102连接。吊环Ⅱ102用于挂载需要烤制的烟叶，烟叶的初始重量和水分可以提前测量，所述的烤烟烟叶称重电子秤通过吊环Ⅰ101安装于烤烟房内部顶端，待烘烤的烟叶通过吊环Ⅱ102悬挂于烤烟房中。所述的连接扣Ⅰ103与拉力传感器105之间安装有保护拉力传感器105的挡水罩。用于遮挡烤箱上部滴落的水滴，防止对拉力传感器105和电气设备造成破坏，拉力传感器105输出端通过导线与模拟信号采集卡301输入端连接。模拟信号采集卡301采集到拉力传感器105传来的信息，转换成数字信号后，送入服务器5中进行分析处理，重量检测装置1实时采集烟叶重量变化数据。
所述的近红外相机2包括云台支架201、摄像头202、数据线203；云台支架201安装于烤烟房观察窗的下端，摄像头202安装于云台支架201上，云台支架201可以进行左右转动，摄像头202正对烤烟房内部，烤烟房四周设置有观察窗，近红外相机2的云台支架201安装于观察窗下端，每个观察窗安装有一台红外相机。近红外相机2选用GX4300M-M58，其拍摄波长在400nm~700nm之间。波长在700nm~2500nm的光谱定义为近红外光谱，近红外光谱是一种既能快速又简便的测试手段，这种方法的特点是对样品进行测试时，不需要破坏样品，需要测量样品颜色时，可以设置近红外相机2的拍摄波长在400nm~1100nm直接的拍摄图谱数据做鉴定，物体不同的颜色会吸收和反射不同波长近红外线，通过分析近红外光谱中反射和吸收的波长能够判断物体的表面颜色。
所述的数据处理模块3包括模拟信号采集卡301、中继器302、视频数据采集卡303；近红外相机2的摄像头202是通过数据线203与数据处理模块3中的中继器302连接，中继器302与视频数据采集卡303连接，视频数据采集卡303输出端与服务器5连接；模拟信号采集卡301输出端与服务器5连接；采视频数据集卡采用KAYA公司的CPX系列采集卡，中继器302的作用可以延长传输距离，一个中继器302两面各有4个CXP口，每加一个中继器302，相当于把原传输距离延长200倍，用户可以通过连接多个中继器302的方式来延长其传输距离。
服务器5通过通信模块4与移动客户端6连接，移动客户端6可以与服务器5进行数据交互。通信模块4采用工业4G网络通信模块4，服务器5采用安装有GRAMS图像光谱分析软件的PC电脑，移动客户端6采用智能手机。GRAMS光谱分析软件能处理来自多种技术的数据文件，包括紫外线、可见光、红外、傅里叶红外、近红外、核磁共振、气相色谱，GRAMS软件也提供了超过60特定的光谱库，覆盖了中红外、近红外和拉曼数据的大部分光谱信息，近红外相机2间隔10S采集一次烟叶颜色变化。
烟叶烘烤实时在线水分监测步骤为：
步骤1.在服务器5数据库内记录不同水分含量百分比的烟叶颜色；事先在服务器5的GRAMS光谱分析软件中输入不同水分含量百分比的烟叶颜色，及烟叶烘烤曲线，方便后续对近红外相机2所拍摄到的烟叶颜色与之进行对比。
步骤2.把近红外相机2检测到的烟叶颜色图像送入GRAMS图像光谱分析软件分析；GRAMS光谱分析软件把近红外光谱相机所采集到的烟叶近红外图像进行分析得出烟叶的当前颜色。
步骤3.把经过光谱分析软件分析后的图像与事先存入数据库内的烟叶颜色进行对比，确认所拍摄到的烟叶颜色变化情况；GRAMS软件把采集到的烟叶颜色与事先记录的不同水分颜色的烟叶进行对比，得出与当前采集到的烟叶最相近的水分含量百分比的烟叶颜色，从而得出烘烤烟叶的水分含量百分比数据。
步骤4.服务器5通过数据库内的烟叶烘烤变化曲线数据对比近红外相机2采集到烟叶的颜色，判定当前烘烤箱内的烟叶烘烤阶段。服务器5把相应的烟叶烘烤阶段数据传递给烘烤箱控制器，烘烤箱控制器通过预先存储的烟叶烘烤曲线数据，对烘烤箱烘烤温度和烘烤时长进行设定。服务器的控制输出端连接着烟叶烘烤箱的循环加热风机、辅助排湿窗，服务器能够根据当前的烟叶颜色情况来判定当前的烟叶烘烤程度，从而控制循环加热风机和辅助排湿窗的工作状态，来控制烘烤箱内的温湿度。
步骤5.服务器5把重量检测装置1采集到的烟叶重量变化数据存入数据库内；重量检测装置1检测到的烟叶重量变化情况先通过数据处理模块3中的模拟信号采集卡301处理后传入服务器5，服务器5把采集到的烟叶重量数据存储在内存中，烟叶在烘烤过程中由于水分的减少从而带来了重量的变化，所以烟叶重量数据的变化可以分析出烟叶烘烤的程度。
步骤6.服务器5通过通信模块4把烟叶颜色变化情况、烟叶水分含量百分比、烟叶重量变化数据实时传输到移动客户端6，用户可以在移动客户端6上通过web网页登陆服务器5进行查看。用户通过通信模块4与服务器5连接，并进行数据交互，移动客户端6通过web网页远程登录服务器5，在web网页中查看保存在服务器5中的烟叶重量变化数据，烟叶颜色变化情况，以及通过步骤3得出的烟叶水分含量百分比情况。
所述的烟叶烘烤曲线是在初始的3-4小时为预热阶段快速升温至34摄氏度，湿度增加到32%左右，维持该温湿度到20小时作用，这个阶段烟叶开始出现黄色；在20小时之后继续每间隔3小时升温1摄氏度，直到温度升至38摄氏度，湿度保持在34%左右，烟叶基本变黄并发软坍塌；55小时过后继续没间隔3小时升温1摄氏度，将温度升至42摄氏度稳定，湿度控制在36%，烟叶基本全黄，烟叶支脉变黄，塌架拖条；在80小时过后，每隔2小时升温1摄氏度将温度升至48摄氏度稳定，湿度控制在37%，烟叶也肉全黄，烟叶主脉开始变白；在105小时以后控制每间隔1.5小时升温1摄氏度将温度升至54摄氏度温度，湿度控制在38%，烟叶叶肉部分全干；在135小时过后控制每隔1小时左右升温1摄氏度将温度升至65-68摄氏度，湿度控制在40%，烟叶主脉全干，保持该温湿度到160小时，完成烟叶烘干。
本发明通过重量检测装置1与近红外相机2，结合图像识别技术，来判定烟叶的颜色，在通过烟叶的烘烤过程中的重量变化来确定烟叶中的水分，能够实时的监测和记录烟叶的烘烤程度，工作人员可在移动客户端6上进行查看。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明发明的技术方案，而非限制尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解可以在形式上和细节上对其做出各种改变，而不偏离本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的烟叶烘烤实时在线监测记录系统包括重量检测装置（1）、近红外相机（2）、数据处理模块（3）、通信模块（4）、服务器（5）、移动客户端（6）；
所述的重量检测装置（1）、近红外相机（2）与数据处理模块（3）连接，数据处理模块（3）与服务器（5）连接，服务器（5）与通信模块（4）连接、通信模块（4）与移动客户端（6）连接。
2.根据权利要求1所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的重量检测装置（1）包括吊环Ⅰ（101）、吊环Ⅱ（102）、连接扣Ⅰ（103）、连接扣Ⅱ（104）、拉力传感器（105）；
所述的吊环Ⅰ（101）下端与连接扣Ⅰ（103）连接，连接扣Ⅰ（103）下端与拉力传感器（105）通过螺栓连接，拉力传感器（105）下端通过螺栓与连接扣Ⅱ（104）上端连接，连接扣Ⅱ（104）与吊环Ⅱ（102）连接，拉力传感器（105）输出端与数据处理模块（3）输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的近红外相机（2）包括云台支架（201）、摄像头（202）、数据线（203）；
云台支架（201）安装于烤烟房观察窗的下端，摄像头（202）安装于云台支架（201）上，云台支架（201）可以进行左右转动，摄像头（202）正对烤烟房内部，摄像头（202）的输出端通过数据线（203）与数据处理模块（3）输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的数据处理模块（3）包括模拟信号采集卡（301）、中继器（302）、视频数据采集卡（303）；
近红外相机（2）的摄像头（202）通过数据线（203）与数据处理模块（3）中的中继器（302）连接，中继器（302）与视频数据采集卡（303）连接，视频数据采集卡（303）输出端与服务器（5）连接；拉力传感器（105）输出端通过导线与模拟信号采集卡（301）输入端连接，模拟信号采集卡（301）输出端与服务器（5）连接。
5.根据权利要求1所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的通信模块（4）采用工业4G网络通信模块，服务器（5）采用安装有GRAMS图像光谱分析软件的PC电脑，移动客户端（6）采用智能手机/掌上电脑/移动PAD。
6.根据以上任意一条权力要求所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：烟叶烘烤实时在线水分监测步骤为：
步骤1.在服务器（5）数据库内记录不同水分含量百分比的烟叶颜色，即烟叶烘烤曲线数据，该数据包括烟叶的烘烤温湿度要求与烟叶的颜色变化情况；
步骤2.把近红外相机（2）检测到的烟叶颜色图像送入GRAMS图像光谱分析软件分析；
步骤3.把经过光谱分析软件分析后的图像与事先存入数据库内的烟叶颜色进行对比，确认所拍摄到的烟叶颜色变化情况；
步骤4.服务器（5）通过数据库内的烟叶烘烤变化曲线数据对比近红外相机（2）采集到烟叶的颜色，判定当前烘烤箱内的烟叶烘烤阶段；
步骤5.服务器（5）把重量检测装置（1）采集到的烟叶重量变化数据存入数据库内，从而确定烟叶中的水分含量百分比变化情况；
步骤6.服务器（5）通过通信模块（4）把烟叶颜色变化情况、烟叶水分含量百分比、烟叶重量变化数据实时传输到移动客户端（6），用户可以在移动客户端（6）上通过web网页登陆服务器（5）进行查看。
7.根据权利要求6所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的步骤4.服务器（5）把相应的烟叶烘烤阶段数据传递给烘烤箱控制器，烘烤箱控制器通过预先存储的烟叶烘烤曲线数据，对烘烤箱烘烤温度和烘烤时长进行设定。
8.根据权利要求7所述的一种烟叶烘烤实时在线监测记录系统，其特征是：所述的烟叶烘烤曲线是在初始的3-4小时为预热阶段快速升温至34摄氏度，湿度增加到32%左右，维持该温湿度到20小时作用，这个阶段烟叶开始出现黄色；在20小时之后继续每间隔3小时升温1摄氏度，直到温度升至38摄氏度，湿度保持在34%左右，烟叶基本变黄并发软坍塌；55小时过后继续没间隔3小时升温1摄氏度，将温度升至42摄氏度稳定，湿度控制在36%，烟叶基本全黄，烟叶支脉变黄，塌架拖条；在80小时过后，每隔2小时升温1摄氏度将温度升至48摄氏度稳定，湿度控制在37%，烟叶也肉全黄，烟叶主脉开始变白；在105小时以后控制每间隔1.5小时升温1摄氏度将温度升至54摄氏度温度，湿度控制在38%，烟叶叶肉部分全干；在135小时过后控制每隔1小时左右升温1摄氏度将温度升至65-68摄氏度，湿度控制在40%，烟叶主脉全干，保持该温湿度到160小时，完成烟叶烘干。
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