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西瓜成熟度的非生物学信息研究及检测仪器开发

【摘要】: 近年来,随着人民生活水平的提高,人们对西瓜、甜瓜等果蔬品质的要求也越来越高。交通运输业的发展,也使得西瓜的消费量日益增加。另一方面,绝大多数消费者不能准确地挑选成熟度适当的西瓜,甚至连瓜农在采摘时也会误摘生瓜。目前果蔬成熟度检测仪的价格都很昂贵,且不便于携带,大多是基于PC机供研究用,这在很大程度上限制了成熟度检测仪的推广应用。本文在分析了现有的西瓜成熟度检测技术和国内外的研究现状之后,设计了一种基于单片机的便携式西瓜成熟度检测仪,目的主要是提高西瓜检测仪器的便携性和降低成本。这种新型的成熟度检测仪具有便携的特点:一个小型的敲击装置和小型的仪表盒,既能满足瓜农摘瓜时的需要也能满足消费者挑选西瓜之用。与其他西瓜成熟度检测仪相比,本检测仪的特点是:在进行西瓜成熟度检测时做到无损检测;采集西瓜被敲击时的音波信号,用单片机直接对音波信号进行数字信号处理;结合实验提取出的西瓜成熟度的敲击音波特征值,检测出西瓜的成熟度。整个检测过程不依赖于PC机,仅在特征提取阶段借助于PC机进行特征参数分析,实现了便携性,也大大降低了成本。 本文完成了西瓜成熟度检测仪器以及西瓜成熟度的非生物学信息研究。主要实现了检测仪器硬件电路的设计、软件的编写以及不同成熟度西瓜的敲击音波信号的特征提取。 其中,硬件电路主要包括:①信号的发生装置及西瓜半径测量模块,该部分主要是制作敲击音波信号的发生装置,在装置上固定简支梁,用测量西瓜半径的方法间接测量质量;②音波信号调理模块,该模块对微弱的敲击音波的电压信号进行放大调理,保证有效信号不损失,且输出信号便于A/D转换器转换,保证最大程度的应用转换范围,提高转换精度;③高速串行A/D转换模块,此模块把模拟信号转化为数字信号,以便进行数字信号处理;④电平转换模块,此模块实现了TTL与RS-232电平的转换,用于研究阶段单片机与PC机通信;⑤外部数据存储器模块,用于数字信号的存储和读取;⑥单片机,实现整个系统的控制及信号的处理。⑦显示模块,显示相关的信息,例如启动指示、等待状态以及最终的成熟度显示。 控制软件主要包括:①A/D转换程序,实现12位精度的高速串行A/D转换;②串口通信程序,用于与PC机进行通信,方便信号数据分析;③外部数据寄存器的存储与读取,扩展了数据存储器;④单片机FFT程序,对信号进行频谱分析,在频域内进行特征提取;⑤成熟度计算程序,此程序根据西瓜成熟度的特征计算出被测西瓜的成熟度;⑥显示输出程序,用于显示相关的信息。 西瓜敲击音波信号的特征提取主要包括:①PC机接受单片机发送的数据;②对数据进行码制转换及相关处理;③对信号进行处理,寻找特征值;④验证特征值的准确性。 本文的研究为开发便携式西瓜果成熟度检测仪的工作打下了坚实的基础,具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

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