CN113588787A - 一种西瓜成熟度检测仪和检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种西瓜成熟度检测仪和检测方法，西瓜成熟度检测仪包括：固定台、敲击组件、驱动组件、声音传感装置、质量传感装置和中心处理装置；所述驱动器的输出端连接于所述转盘，用于驱动所述转盘转动；所述敲击锤的连接端接触于所述转盘，所述转盘驱动所述敲击锤的摆动，使所述敲击锤的敲击端可复位地敲击西瓜；检测方法，其通过公式G＝Af2m2/3计算出成熟度。本方案的西瓜成熟度检测仪，针对西瓜的质量和西瓜被敲击后的振动频率进行计算，实现了多次全自动地测试西瓜的成熟度；并且，本方案的西瓜成熟度检测仪可以实现小型化，以方便用户携带。
Description
技术领域
本发明涉及西瓜成熟度检测技术领域，尤其涉及一种西瓜成熟度检测仪和检测方法。
背景技术
我国是世界上最大的西瓜生产国和最大的西瓜消费国，但我国西瓜产业的自动化程度还较低，特别是西瓜的成熟度检测方法。目前市场上普遍使用“拍西瓜”的方法来“听”西瓜是否成熟，但这种方法费时费力，且检测精度难以保障。现有西瓜成熟度检测方案都是简单的依靠西瓜的振动频率对西瓜的成熟度进行分级，而这种检测方式忽略了西瓜体积所带来的影响，不够精确。
发明内容
本发明的目的在于提出一种西瓜成熟度检测仪，其针对西瓜的质量和西瓜被敲击后的振动频率进行计算，以测量西瓜的成熟度。
本发明还提出一种西瓜成熟度检测方法，其通过测量西瓜的质量和被敲击后的振动频率，并通过公式G＝Af2m2/3进行计算，当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种西瓜成熟度检测仪，包括：固定台、敲击组件、驱动组件、声音传感装置、质量传感装置和中心处理装置；
所述敲击组件和驱动组件安装于所述固定台；
所述敲击组件包括：第一支座、第二支座、敲击锤、限位轴、移动轴套和连接臂；
所述第一支座和所述第二支座分别安装于所述固定台；所述敲击锤可转动地安装于所述第一支座；所述限位轴至少一端固定于所述第二支座；所述移动轴套可活动地安装于所述限位轴；所述连接臂一端连接于所述移动轴套，另一端连接于所述敲击锤；
所述驱动组件包括：驱动器和转盘；
所述驱动器的输出端连接于所述转盘，用于驱动所述转盘转动；所述敲击锤的连接端接触于所述转盘，所述转盘驱动所述敲击锤的摆动，使所述敲击锤的敲击端可复位地敲击西瓜；
所述声音传感装置，用于获取西瓜被敲击后的振动频率；
所述质量传感装置，用于获取西瓜的质量；
所述中心处理装置，用于根据西瓜的振动频率与质量计算西瓜的成熟度。
优选地，所述声音传感装置用于对声音信号进行快速傅里叶变化处理，以获得西瓜被敲打后的振动频率，并根据成熟度公式G＝Af2m2/3计算得到西瓜的成熟度指数；
其中，G为成熟指数；f为西瓜被敲打后的振动频率，其单位为Hz；m为西瓜的质量，其单位为kg；A为比例系数，A的值取正数；
当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
更优地，所述转盘上设有多个等角度分布的固定柱；
所述转盘带动所述固定柱同步转动，使多个所述固定柱依次抵靠和脱离于所述连接端，以驱动所述敲击锤可复位地摆动。
更优地，还包括：底座和活动导向柱；
所述活动导向柱安装于所述底座；所述固定台可位置调节地安装于所述活动导向柱。
进一步优化地，还包括：锁紧件；
所述固定台设有内部中空的活动套，所述活动套于中空部可活动地套设于所述活动导向柱；所述锁紧件穿过所述活动套，并抵靠于所述活动导向柱，使所述固定台限位于所述活动导向柱。
优选地，还包括：反馈装置；
所述反馈装置用于反馈西瓜的成熟度，所述反馈装置包括：屏幕反馈模块、语音反馈模块、灯光反馈模块和动作反馈模块中的其中一种或多种。
更优地，所述敲击组件还包括：弹性件；
所述弹性件的一端接触于所述移动轴套，另一端接触于所述第二支座。
进一优化地，所述敲击锤于所述连接端通过弧形状的过渡臂连接于球状结构的所述敲击端，所述过渡臂的一端倾斜向下并连接于所述敲击端的上部。
一种西瓜成熟度检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将西瓜置于西瓜成熟度检测仪，获取西瓜的质量m；
步骤(2)：敲打西瓜，对声音信号进行快速傅里叶变化处理，以获得西瓜被敲打后的振动频率f；
其中，
步骤(3)：根据公式G＝Af2m2/3，A为比例系数，A的值取正数；当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
更优地，所述步骤(2)中，快速傅里叶变化处理具体为：
(2-1)音频信号接收程序需设置两个定时器TIM1和TIM2，定时器TIM1设置麦克风音频信号的接收时间；定时器TIM2设置时钟分割模式，麦克风模块的输出信号为模拟量，由香农采样定理，定时器TIM2使麦克风在100ms内采集1024个数据点；
(2-2)使用基4蝶形运输的FFT算法，与步骤(2-1)1024个采样点数相对应；散傅里叶变化公式为：
式中X(K)为经过离散傅里叶变化后的频域数据，x(n)为时域数据；
公式展开可得：
在频谱中，该公式的实部即为X轴的坐标值，虚部即为Y轴的坐标值。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本方案的西瓜成熟度检测仪，针对西瓜的质量和西瓜被敲击后的振动频率进行计算，实现了多次全自动地测试西瓜的成熟度；并且，本方案的西瓜成熟度检测仪可以实现小型化，以方便用户携带。
附图说明
图1是西瓜成熟度检测仪的其中一个实施例结构示意图。
图2是敲击组件与驱动组件其中一个实施例的连接示意图。
图3是被选用一号西瓜的示意图。
图4是麦克风模块的音频接收程序的流程图。
图5是50Hz标准音频信号测试所得波形图和频谱图。
其中：
固定台1、敲击组件2、驱动组件3、声音传感装置4、质量传感装置5、中心处理装置6、底座7、活动导向柱8、锁紧件9；
活动套11、第一支座21、第二支座22、敲击锤23、限位轴24、移动轴套25、连接臂26、弹性件27；连接端231、敲击端232、过渡臂233；
驱动器31、转盘32、固定柱33、限位框71。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图通过具体实施方式来进一步说明本方案的技术方案。
如图1-图2，一种西瓜成熟度检测仪，包括：固定台1、敲击组件2、驱动组件3、声音传感装置4、质量传感装置5和中心处理装置6；
所述敲击组件2和驱动组件3安装于所述固定台1；
所述敲击组件2包括：第一支座21、第二支座22、敲击锤23、限位轴24、移动轴套25和连接臂26；
所述第一支座21和所述第二支座22分别安装于所述固定台1；所述敲击锤23可转动地安装于所述第一支座21；所述限位轴24至少一端固定于所述第二支座22；所述移动轴套25可活动地安装于所述限位轴24；所述连接臂26一端连接于所述移动轴套25，另一端连接于所述敲击锤23；
所述驱动组件3包括：驱动器31和转盘32；
所述驱动器31的输出端连接于所述转盘32，用于驱动所述转盘32转动；所述敲击锤23的连接端231接触于所述转盘32，所述转盘32驱动所述敲击锤23的摆动，使所述敲击锤23的敲击端232可复位地敲击西瓜；
所述声音传感装置4，用于获取西瓜被敲击后的振动频率；
所述质量传感装置5，用于获取西瓜的质量；
所述中心处理装置6，用于根据西瓜的振动频率与质量计算西瓜的成熟度。
本方案的西瓜成熟度检测仪，针对西瓜的质量和西瓜被敲击后的振动频率进行计算，实现了多次全自动地测试西瓜的成熟度；并且，本方案的西瓜成熟度检测仪可以实现小型化，以方便用户携带。
具体地，在使用本方案的西瓜成熟度检测仪，先将西瓜水平放置，保持西瓜的位置稳定不晃动后，由质量传感装置5获取西瓜的质量；启动驱动器31，驱动器31的输出端连接转盘32，转盘32转动并带动敲击锤23的连接端231绕转盘32的圆心转动，使连接端231的活动轨迹为圆形状，进而使敲击端232的活动轨迹也是圆形状；并且由于连接端231的活动轨迹是完整的圆形状，因此敲击端232的活动为可复位；敲击锤23的一侧或两侧可转动地安装于第一支座21，敲击锤23与第一支座21之间的连接点为敲击锤23的转动支点；敲击锤23绕转动支点转动时，通过连接臂26带动移动轴套25活动于限位轴24；移动轴套25活动于限位轴24时，带动连接臂26相对活动于限位轴24，并通过连接臂26支撑并驱动敲击锤23摆动，进而使敲击锤23于连接端和敲击端的两个活动呈相反方向活动。当敲击端232敲击西瓜的表面后，西瓜表面产生振动，而声音传感装置4用于获取西瓜的振动频率；此时，中心处理装置6获取声音传感装置4对西瓜的振动频率测量结果，和质量传感装置5对西瓜的质量测量结果；中心处理装置6根据振动频率与质量计算西瓜的成熟度。同时，由于西瓜的位置不变，且敲击端232每次敲击西瓜的位置一致，因此敲击端232每次敲击西瓜时的力度、角度及位置一致，有效地降低西瓜被敲击后振动频率的误差，进而使成熟度的测试结果更准确。
其中，振动频率、质量与成熟度之间的函数关系可以由公知的函数关系代替，只要涉及由振动频率、质量与成熟度之间的函数关系并应用于本方案的西瓜成熟度检测仪，都应属于本方案的保护范围。
另外，本方案的驱动器31可以为人工驱动或机械驱动；对于机械驱动，其为公知具有驱动转动功能的机构，例如电机，或电机与减速机的组合。
其中，声音传感装置为公知具有声音获取功能的机构，例如麦克风、耳机等；质量传感装置为公知具有测量重量的机构，例如电子称；中心处理装置为公知具有计算能力的机构，例如计算机。
优选地，所述声音传感装置4用于对声音信号进行快速傅里叶变化处理，以获得西瓜被敲打后的振动频率，并根据成熟度公式G＝Af2m2/3计算得到西瓜的成熟度指数；
其中，G为成熟指数；f为西瓜被敲打后的振动频率，其单位为Hz；m为西瓜的质量，其单位为kg；A为比例系数，A的值取正数；
当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
音频信号接收程序需设置两个定时器，定时器TIM1设置麦克风音频信号的接收时间为1000ms。定时器TIM2的作用为设置时钟分割模式，麦克风模块的输出信号为模拟量，其信号要由stm32单片机进行处理就必须进行模数转化。由香农采样定理，设置定时器TIM2使麦克风在100ms内采集1024个数据点。麦克风模块的音频接收程序的流程图如图4所示；
麦克风所采集的信号经过模数转化后，变化为时域离散数字信号，但若要进一步分析音频信号的频率，幅值等信息需要将时域信号变化到频域。在这里本设计采用了快速傅里叶变化算法。使用该算法能高效的实现音频信号从时域到频域的快速变换，以便于进一步分析音频信号的频率信息。
本设计使用基4蝶形运输的FFT算法，与以上1024的采样点数相对应。快速傅里叶算法的本质仍为离散傅里叶变化。散傅里叶变化公式为：
式中X(k)为经过离散傅里叶变化后的频域数据，x(n)为时域数据。
将此公式展开可得：
在频谱中，该公式的实部即为X轴的坐标值，虚部即为Y轴的坐标值。由此即可实现从时域到频域的变化。
用本系统对该快速傅里叶算法进行测试，采用50Hz的标准音频信号作为激励源，测试结果如下图5所示。由图5可见，采用经快速傅里叶算法计算后所得数据绘制的频谱图中，可得测试音频信号的主频为48Hz，测试误差为4％，在系统可接受的范围内。且随测试音频信号频率的增大，测试误差会越来越小。
本方案的西瓜成熟度检测仪主要用于测量西瓜的质量和被敲击后的振动频率，对于相同成熟度的西瓜，体积越大，其震荡频率越小。而西瓜的体积与其质量有关，为了衡量西瓜体积这一影响因子，本方案设计了一条西瓜成熟度检测的经验公式：G＝Af2m2/3，利用该公式可对西瓜的成熟度进行更为精确的检测，结合西瓜成熟度检测仪系统装置，经验证该装置检测的精度高达95％。
其中，上述的A值为正数，正数有若干个，本方案仅举出A为1时的例子，实际上A可取任意正数，如A＝2、3、4等，其对应得出的成熟度指数按比较进行增大或减少。
更优地，所述转盘32上设有多个等角度分布的固定柱33；
所述转盘32带动所述固定柱33同步转动，使多个所述固定柱33依次抵靠和脱离于所述连接端231，以驱动所述敲击锤23可复位地摆动。
本方案优选在转盘32上设置多个固定柱33，如图2中，固定柱33等角度分配于转盘32的圆周上，相邻之间的固定柱33呈120°角分布；当转盘32顺时针转动时，固定柱33转动，并抵靠于敲击锤23的连接端231，驱动敲击锤23的连接端231下压，敲击端232上提；而当固定柱33脱离于敲击锤23后，敲击锤23在重力作用下复位，或后面实施例提到的弹性件27提供复位，使连接端231置于转盘32上，以便下一个固定柱33与该连接端231接触；如此反复作用下，西瓜受到的敲打力度均匀且稳定，确保每次同样的力度在同样的位置对西瓜进行敲击，提高测量的精确度。而上述说明的实施例仅为转盘32顺时针转动时的实施例，当转盘32逆时针转动时，其也应属于保护范畴。
优选地，还包括：底座7和活动导向柱8；
所述活动导向柱8安装于所述底座7；所述固定台1可位置调节地安装于所述活动导向柱8。
底座7用于水平地、倾斜地和/或竖直地安装活动导向柱8，当固定台1可活动地安装于活动导向柱8时，固定台1可沿活动导向柱8的延伸方向移动，使固定台1可在X、Y和/或Z轴上移动，进而带动敲击锤23靠近和远离于西瓜，确保敲击锤23的敲击端232可以准确地敲击西瓜。
西瓜成熟度检测仪还包括：用于放置西瓜的限位框71；所述托盘的侧壁由下至上逐渐向外侧张开；所述限位框71可活动地安装于所述底座7；所述质量传感装置5设置于所述底座7与所述限位框71之间。
限位框71呈喇叭状，西瓜放置于喇叭状的限位框71内，由于限位框71的侧壁由下至上逐渐向外侧张开，侧壁对西瓜有限位作用，进而使任意尺寸的西瓜都可以限位于限位框71内。
更优地，还包括：锁紧件9；
所述固定台1设有内部中空的活动套11，所述活动套11于中空部可活动地套设于所述活动导向柱8；所述锁紧件9穿过所述活动套11，并抵靠于所述活动导向柱8，使所述固定台1限位于所述活动导向柱8。
锁紧件9用于将活动套11限位于活动导向柱8，使活动套11经位置调节后，活动套11的位置可限位于活动导向柱8上。其中锁紧件9为公知具有限位功能的机构，例如其中一个实施例中，锁紧件9为螺栓，活动套11设有螺纹孔，锁紧件9通过螺纹结构配合于螺纹孔后抵靠于活动导向柱8，使活动套11限位于活动导向柱8；或者是另一个实施例，锁紧件9为杆件，活动套11和活动导向柱8分别设有位于同一水平面的配合孔，锁紧件9从外至内依次伸入配合孔，进而通过锁紧件9将活动套11限位于活动导向柱8上。而当活动套11限位于活动导向柱8时，固定台1的位置经调节后可被限位于活动导向柱8，确保敲击锤23的位置可调节至靠近西瓜后位置稳定不变。
优选地，还包括：反馈装置；
所述反馈装置用于反馈西瓜的成熟度，所述反馈装置包括：屏幕反馈模块、语音反馈模块、灯光反馈模块和动作反馈模块中的其中一种或多种。
反馈装置(未图视)可以方便用户直观地知悉被测量西瓜的成熟度，当西瓜被限位后，本方案可通过声音传感装置4、质量传感装置5和中心处理装置6对西瓜进行测定后，将西瓜成熟度的结果反馈至反馈装置。其中，屏幕反馈模块带有屏幕显示功能，用于通过屏幕显示西瓜成熟度的结果。语音反馈模块，带有音箱，用于通过声音反馈西瓜的成熟度。灯光反馈模块，带有反馈灯，其通过显示不同颜色的灯光反馈西瓜的成熟度，例如当西瓜为成熟时，反馈灯显示第一颜色，当西瓜为不成熟时，反馈灯显示第二颜色。动作反馈模块，用于通过一些零部件的动作变化以反馈西瓜的成熟度，例如当西瓜为成熟时，灯会长亮，当西瓜为不成熟时，灯会不断闪烁。
更优地，所述敲击组件2还包括：弹性件27；
所述弹性件27的一端接触于所述移动轴套25，另一端接触于所述第二支座22。
弹性件27设置于移动轴套25与第二支座22之间，其中一个实施例中，弹性件27可套设于限位轴24，弹性件27沿限位轴24的延伸方向进行伸缩；或者如其中一个实施例，弹性件27位于限位轴24外。移动轴套25与第二支座22之间设置弹性件27，可有效地提高敲击锤的活动稳定性；例如，如图2中，弹性件27通过弹性势能驱动移动轴套25复位，以使敲击端向下敲击西瓜；而转盘转动后，转盘驱动连接端向下压，以使敲击端向上提，移动轴套25需要克服弹性件的弹力做功，因此敲击锤的摆动转速减缓，避免转盘转速过快导致敲击锤有过大冲击力的问题，保证了西瓜的完整度，提高敲击的稳定性。
进一步优化地，所述敲击锤23于所述连接端231通过弧形状的过渡臂233连接于球状结构的所述敲击端232，所述过渡臂233的一端倾斜向下并连接于所述敲击端232的上部。
其中一个实施例中，过渡臂233可以不为弧形状，只需由过渡臂233连接于敲击端232的任意位置即可；
而其中一个实施例，过渡臂233为弧形状，其一端向下倾斜并连接于敲击端232；对于敲击端232，中部以上的位置为上部，中部以下的位置为下部；当过渡臂233连接于敲击端232的上部时，敲击端232为球状结构(如半球状或完整的球状)，球状结构的下部由上至下敲击于西瓜，球状结构与西瓜的接触面积最小，对西瓜表面的敲击损坏最小，降低了西瓜被敲击时的冲击力，确保西瓜的表皮完整，进而确保敲击端232每次作用于西瓜的敲击力度和位置均匀不变，缩小西瓜的振动频率的误差。
一种西瓜成熟度检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将西瓜置于西瓜成熟度检测仪，获取西瓜的质量m；
步骤(2)：敲打西瓜，对声音信号进行快速傅里叶变化处理，以获得西瓜被敲打后的振动频率f；
其中，
步骤(3)：根据公式G＝Af2m2/3，A为比例系数，A的值取正数；当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
更优地，所述步骤(2)中，快速傅里叶变化处理具体为：
(2-1)音频信号接收程序需设置两个定时器TIM1和TIM2，定时器TIM1设置麦克风音频信号的接收时间；定时器TIM2设置时钟分割模式，麦克风模块的输出信号为模拟量，由香农采样定理，定时器TIM2使麦克风在100ms内采集1024个数据点；
(2-2)使用基4蝶形运输的FFT算法，与步骤(2-1)1024个采样点数相对应；散傅里叶变化公式为：
式中X(K)为经过离散傅里叶变化后的频域数据，x(n)为时域数据；
公式展开可得：
在频谱中，该公式的实部即为X轴的坐标值，虚部即为Y轴的坐标值。
西瓜成熟度检测方法还包括步骤(4)：将西瓜的成熟情况发送至反馈装置，反馈装置以图像显示、声音、灯光和/或行为动作中的至少一种提示用户西瓜的成熟度。
检测精度测试：
1、测试实验方法设计：
将使用本设计装置测试出的西瓜成熟度与该西瓜甜度值反映出的成熟度进行对比分析。西瓜甜度值测试方法如下：将西瓜切开后，分别取瓜瓤外部，中部和中心的果肉，用折光式甜度计测量其糖度值，多次测量取其平均值。对于本次测试所用的“黑美人”品种西瓜来说，当甜度值在9.0％以上时，可认为西瓜已经成熟；在9.0％以下时，认为西瓜不成熟。
2、
a.西瓜挑选
由专业人员(水果商)挑选20个不同成熟度的西瓜，编号为一到二十，如表1；以一号瓜为例，如图3所示。
b.用本方案的装置对西瓜进行测试
步骤(1)：将西瓜置于西瓜成熟度检测仪，获取西瓜的质量m；经多次测试后，取测试结果的中间值。
步骤(2)：敲打西瓜，并记录西瓜被敲打后的振动频率f；经多次测试后，取测试结果的中间值。
步骤(3)：根据公式G＝Af2m2/3，A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
表1-编号一至二十的实验数据
| 测量组 | 质量(g) | 振动频率(Hz) | 甜度值(％) | 成熟度指数 |
| 一号瓜 | 3659 | 146 | 9.88 | 50615 |
| 二号瓜 | 3510 | 131 | 11.20 | 39635 |
| 三号瓜 | 3629 | 155 | 9.30 | 56735 |
| 四号瓜 | 4101 | 150 | 9.41 | 57647 |
| 五号瓜 | 4598 | 120 | 11.00 | 39818 |
| 六号瓜 | 4200 | 141 | 10.23 | 51753 |
| 七号瓜 | 3620 | 139 | 10.51 | 45551 |
| 八号瓜 | 3401 | 181 | 9.03 | 74090 |
| 九号瓜 | 4556 | 128 | 10.45 | 45027 |
| 十号瓜 | 3878 | 158 | 9.12 | 61620 |
| 十一号瓜 | 3655 | 132 | 10.22 | 41343 |
| 十二号瓜 | 3756 | 139 | 10.38 | 46685 |
| 十三号瓜 | 3958 | 149 | 9.52 | 55551 |
| 十四号瓜 | 3485 | 128 | 11.62 | 37661 |
| 十五号瓜 | 3563 | 144 | 9.88 | 48373 |
| 十六号瓜 | 4106 | 160 | 8.50 | 65643 |
| 十七号瓜 | 4003 | 149 | 9.28 | 55971 |
| 十八号瓜 | 3998 | 159 | 8.03 | 63683 |
| 十九号瓜 | 3855 | 163 | 7.72 | 65322 |
| 二十号瓜 | 3787 | 160 | 8.77 | 62197 |
说明：
综合以上数据发现，除八号瓜的甜度值所反映的成熟度与成熟度指数所反映的成熟度不符外，其他九组的横向对比测试结果都一致。分析原因可能是八号瓜的成熟度刚好处于适熟状态，即处于成熟与不成熟中间的临界状态，导致测试结果有偏差导致。而除开八号瓜，一号瓜至二十号瓜的成熟度指数与甜度值有关，说明了使用本方案的公式G＝Af2m2/3结合西瓜成熟度检测仪可用于检测西瓜的成熟度。
以上结合具体实施例描述了本方案的技术原理。这些描述只是为了解释本方案的原理，而不能以任何方式解释为对本方案保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本方案的其它具体实施方式，这些方式都将落入本方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种西瓜成熟度检测仪，其特征在于，包括：固定台、敲击组件、驱动组件、声音传感装置、质量传感装置和中心处理装置；
所述敲击组件和驱动组件安装于所述固定台；
所述敲击组件包括：第一支座、第二支座、敲击锤、限位轴、移动轴套和连接臂；
所述第一支座和所述第二支座分别安装于所述固定台；所述敲击锤可转动地安装于所述第一支座；所述限位轴至少一端固定于所述第二支座；所述移动轴套可活动地安装于所述限位轴；所述连接臂一端连接于所述移动轴套，另一端连接于所述敲击锤；
所述驱动组件包括：驱动器和转盘；
所述驱动器的输出端连接于所述转盘，用于驱动所述转盘转动；所述敲击锤的连接端接触于所述转盘，所述转盘驱动所述敲击锤的摆动，使所述敲击锤的敲击端可复位地敲击西瓜；
所述声音传感装置，用于获取西瓜被敲击后的振动频率；
所述质量传感装置，用于获取西瓜的质量；
所述中心处理装置，用于根据西瓜的振动频率与质量计算西瓜的成熟度。
2.根据权利要求1所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，所述声音传感装置用于对声音信号进行快速傅里叶变化处理，以获得西瓜被敲打后的振动频率，并根据成熟度公式G＝Af2m2/3计算得到西瓜的成熟度指数；
其中，G为成熟指数；f为西瓜被敲打后的振动频率，其单位为Hz；m为西瓜的质量，其单位为kg；A为比例系数，A的值取正数；
当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
3.根据权利要求1所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，所述转盘上设有多个等角度分布的固定柱；
所述转盘带动所述固定柱同步转动，使多个所述固定柱依次抵靠和脱离于所述连接端，以驱动所述敲击锤可复位地摆动。
4.根据权利要求1所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，还包括：底座和活动导向柱；
所述活动导向柱安装于所述底座；所述固定台可位置调节地安装于所述活动导向柱。
5.根据权利要求4所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，还包括：锁紧件；
所述固定台设有内部中空的活动套，所述活动套于中空部可活动地套设于所述活动导向柱；所述锁紧件穿过所述活动套，并抵靠于所述活动导向柱，使所述固定台限位于所述活动导向柱。
6.根据权利要求1所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，还包括：反馈装置；
所述反馈装置用于反馈西瓜的成熟度，所述反馈装置包括：屏幕反馈模块、语音反馈模块、灯光反馈模块和动作反馈模块中的其中一种或多种。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，所述敲击组件还包括：弹性件；
所述弹性件的一端接触于所述移动轴套，另一端接触于所述第二支座。
8.根据权利要求7所述的西瓜成熟度检测仪，其特征在于，所述敲击锤于所述连接端通过弧形状的过渡臂连接于球状结构的所述敲击端，所述过渡臂的一端倾斜向下并连接于所述敲击端的上部。
9.一种西瓜成熟度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将西瓜置于西瓜成熟度检测仪，获取西瓜的质量m；
步骤(2)：敲打西瓜，对声音信号进行快速傅里叶变化处理，以获得西瓜被敲打后的振动频率f；
其中，
步骤(3)：根据公式G＝Af2m2/3，A为比例系数，A的值取正数；当A＝1时，若成熟度指数小于62000，认为西瓜已经成熟；当A＝1时，若成熟度指数大于62000时，认为西瓜还未成熟。
10.根据权利要求9所述的西瓜成熟度检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，快速傅里叶变化处理具体为：
(2-1)音频信号接收程序需设置两个定时器TIM1和TIM2，定时器TIM1设置麦克风音频信号的接收时间；定时器TIM2设置时钟分割模式，麦克风模块的输出信号为模拟量，由香农采样定理，定时器TIM2使麦克风在100ms内采集1024个数据点；
(2-2)使用基4蝶形运输的FFT算法，与步骤(2-1)1024个采样点数相对应；散傅里叶变化公式为：
式中X(K)为经过离散傅里叶变化后的频域数据，x(n)为时域数据；
公式展开可得：
在频谱中，该公式的实部即为X轴的坐标值，虚部即为Y轴的坐标值。
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