豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，包括由取樣室和設(shè)置在取樣室內(nèi)的光源、取樣臺(tái)和數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成的圖像采集裝置，由氣室和設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體傳感器陣列、半導(dǎo)體制冷片、溫濕度傳感器以及連通氣室與取樣室的氣體管道構(gòu)成的氣體采集裝置，以及微控制器、顯示器、鍵盤(pán)和電源模塊；圖像采集裝置中的數(shù)碼相機(jī)輸出端通過(guò)圖像采集卡與微控制器電連接，氣體采集裝置中的氣體傳感器陣列輸出端通過(guò)信號(hào)處理模塊、氣體采集卡與微控制器電連接。由于采用數(shù)字圖像、電子鼻、多傳感器和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合以及微處理器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬肉新鮮度快速、準(zhǔn)確、高效、無(wú)損的測(cè)定，適用于國(guó)家檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)，市場(chǎng)監(jiān)管和銷(xiāo)售部門(mén)對(duì)豬肉新鮮度進(jìn)行分級(jí)管理。
【專(zhuān)利說(shuō)明】豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，屬肉類(lèi)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，我國(guó)是豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)。隨著人們生活水平的不斷提高，豬肉的消費(fèi)量逐年增加。同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)于豬肉的關(guān)注也已不再停留在數(shù)量上，而更關(guān)注其質(zhì)量。由于豬肉的新鮮與否直接決定了豬肉的食用安全，因此，辨別豬肉新鮮度是衡量和評(píng)價(jià)豬肉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。目前，豬肉新鮮度檢測(cè)方法主要有感官檢測(cè)、理化檢測(cè)和微生物檢測(cè)等。人工感官檢測(cè)方法主觀性比較大，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，檢測(cè)精度較低；理化檢測(cè)和微生物檢測(cè)方法對(duì)樣品具有破壞性，耗時(shí)長(zhǎng)，不能適應(yīng)實(shí)時(shí)、大規(guī)模的檢測(cè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是數(shù)字圖像處理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、電子鼻、電子舌以及多數(shù)據(jù)融合等技術(shù)的應(yīng)用，為豬肉快速、準(zhǔn)確、無(wú)損檢測(cè)和智能化檢測(cè)指明了發(fā)展方向，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，它能夠快速、準(zhǔn)確、高效的對(duì)豬肉的新鮮度進(jìn)行測(cè)定。
[0004]其技術(shù)方案是:一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其特征在于:包括由取樣室和設(shè)置在取樣室內(nèi)的光源、取樣臺(tái)和數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成的圖像采集裝置，由氣室和設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體傳感器陣列、半導(dǎo)體制冷片、溫濕度傳感器以及連通氣室與取樣室的氣體管道構(gòu)成的氣體采集裝置，以及微控制器、顯示器、鍵盤(pán)和電源模塊；圖像采集裝置中的數(shù)碼相機(jī)輸出端通過(guò)圖像采集卡與微控制器電連接，氣體采集裝置中的氣體傳感器陣列輸出端通過(guò)信號(hào)處理模塊、氣體采集卡與微控制器電連接。
[0005]上述連通氣室與取樣室的氣體管道為仿生嗅覺(jué)鼻道結(jié)構(gòu)，氣體管道內(nèi)設(shè)吸氣泵、活性碳和和活性氧化鋁?；钚蕴甲鳛榇郎y(cè)氣體的無(wú)極性氣體吸附劑，活性氧化鋁作為有極性氣體吸附劑，以便凈化待測(cè)氣體。
[0006]上述氣室內(nèi)在氣體管道與氣體陣列傳感器之間設(shè)有濾網(wǎng)，以便對(duì)進(jìn)入氣室內(nèi)的氣體進(jìn)一步凈化。
[0007]上述氣室設(shè)有出氣口，出氣口內(nèi)置單向閥，防止外界氣體進(jìn)入，保證待測(cè)氣體不受污染，提高準(zhǔn)確度。
[0008]其有益效果是:本實(shí)用新型采用數(shù)字圖像、電子鼻、多傳感器和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合等技術(shù)，利用微處理器對(duì)被測(cè)樣品的顏色和氣味進(jìn)行分析，提取被測(cè)樣品中的顏色H、S、I和NH3、H2S兩種傳感器檢測(cè)到的氣體濃度特征數(shù)據(jù)輸入到構(gòu)建的模型中進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)SOM網(wǎng)絡(luò)對(duì)該計(jì)算值進(jìn)行聚類(lèi)分析，確定樣品豬肉新鮮度級(jí)別，實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬肉新鮮度快速、準(zhǔn)確、高效、無(wú)損的測(cè)定，且其操作方便靈活，適用于國(guó)家檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)，市場(chǎng)監(jiān)管和銷(xiāo)售部門(mén)對(duì)豬肉新鮮度進(jìn)行分級(jí)管理?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0010]圖2是豬肉新鮮度分級(jí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
[0011]圖中=X1-X6分別代表豬肉新鮮度特征量的豬肉顏色值H、S、I和NH3、H2S兩種傳感器檢測(cè)到的氣體濃度值》1為輸入層到隱含層的連接權(quán)值，N力隱含層到輸出層的連接權(quán)值。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其圖像采集裝置由取樣室和設(shè)置在取樣室內(nèi)的光源、載物臺(tái)和數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成。取樣室為一封閉的空間，其內(nèi)壁貼有黑色啞光墻紙，頂部開(kāi)圓形孔用于放置數(shù)碼相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)選用Canon E0S550 D型，配有IEEE1394接口和CMOS芯片；載物臺(tái)置于取樣室底面正中心處，顏色設(shè)置黑色。光源為四只冷陰極管對(duì)稱(chēng)固定在取樣室四周的支架上，色溫為6500K，顯色指數(shù)大于90;光源在此光照環(huán)境下漫反射增強(qiáng)，發(fā)射出的光線(xiàn)可均勻入射到待測(cè)豬肉的表面，從而避免了豬肉表面的水分造成的鏡面反射，進(jìn)而獲得高清晰圖像。
[0013]氣體采集裝置由氣室和設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體傳感器陣列、半導(dǎo)體制冷片、溫濕度傳感器以及連通氣室與取樣室的氣體管道構(gòu)成。氣室采用無(wú)毒無(wú)味且便宜的玻璃粘結(jié)成一封閉的空間。連通氣室與取樣室的氣體管道為仿生嗅覺(jué)鼻道結(jié)構(gòu)，氣體管道內(nèi)設(shè)吸氣泵、活性碳和和活性氧化鋁?；钚蕴甲鳛榇郎y(cè)氣體的無(wú)極性氣體吸附劑，活性氧化鋁作為有極性氣體吸附劑，以便凈化待測(cè)氣體。室內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)，對(duì)進(jìn)入設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體傳感器陣列的氣體作進(jìn)一步的凈化。氣室下部設(shè)有出氣口，出氣口內(nèi)置單向閥。檢測(cè)時(shí)關(guān)閉該單向閥，以避免和防止外界氣體的進(jìn)入和干擾，保證氣室內(nèi)待測(cè)氣體不受污染，提高準(zhǔn)確度；檢測(cè)結(jié)束后打開(kāi)該單向閥，釋放氣室內(nèi)的檢測(cè)氣體，以保證氣室內(nèi)空氣清潔和傳感器的還原。氣體傳感器陣列選擇對(duì)氨氣，硫化氫具有敏感性的TGS傳感器系列，由八個(gè)氣敏傳感器組成，其中H2S硫化氫TGS825和NH3氨氣傳感器TGS826各A、B、C、D四個(gè)。八個(gè)氣敏傳感器以氣室上半部的中心為圓心等距離陣列。使被測(cè)氣體在同一時(shí)間和以相等的濃度與傳感器接觸，每次同時(shí)采集八個(gè)反映當(dāng)前整體氣體的模態(tài)值，解決了多個(gè)傳感器接觸待測(cè)氣體的時(shí)間先后問(wèn)題，減少了誤差，提高了檢測(cè)結(jié)果的客觀性。
[0014]氣室溫控系統(tǒng)采用快速制冷制熱功能的半導(dǎo)體制冷片。由于氣室內(nèi)的溫濕度對(duì)氣敏傳感器輸出信號(hào)具有一定的影響，故在氣體傳感器陣列的外緣設(shè)有與PID控制器電連接的溫濕度傳感器采集氣室溫度，以溫度設(shè)定值與檢測(cè)值之差(控制量)作為PID控制器的輸入，通過(guò)相關(guān)PID算法以控制制冷片電流方向和電壓占空比，控制制冷制熱時(shí)間長(zhǎng)短，實(shí)現(xiàn)控溫目的，保證穩(wěn)定的氣室溫度，達(dá)到電子鼻測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也方便了在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)將環(huán)境的溫濕度作為輸入?yún)⒘繉?duì)識(shí)別模型進(jìn)行校正。溫濕度傳感器采用AM2302型溫濕度傳感器。
[0015]圖像采集裝置中的數(shù)碼相機(jī)輸出端通過(guò)圖像采集卡與微控制器電連接，氣體采集裝置中的氣體傳感器陣列輸出端通過(guò)信號(hào)處理模塊、氣體采集卡與微控制器電連接。微控制器采用32位的Cortex-M3 RISC內(nèi)核的STM32系列微處理器，其功能強(qiáng)大，自帶12位AD轉(zhuǎn)換器，完全滿(mǎn)足氣味數(shù)據(jù)采集精度的要求。圖像采集卡選擇上海牧坤電子科技有限公司生產(chǎn)的DH-CG410圖像采集卡。它具有使用靈活、集成度高、功耗低等特點(diǎn)，采用PCI總線(xiàn)，所采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸基本不占用CPU時(shí)間，并可將圖像直接傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或顯存。該系列圖像采集卡支持標(biāo)準(zhǔn)PAL/NTSC (CCIR/EIA)視頻輸入，每通道最大分辨率可達(dá)768X576X32bit。信號(hào)處理模塊:主要是將氣敏傳感器電阻的變換轉(zhuǎn)換成電壓的變化，并設(shè)計(jì)模擬開(kāi)關(guān)CD4051，在控制器控制下分時(shí)選3路傳感器，依次將代表氣味響應(yīng)強(qiáng)度的電壓值送入AD轉(zhuǎn)換電路，這樣只需要占用I個(gè)AD 口，也便于數(shù)據(jù)的打包處理。另外，該模塊內(nèi)還設(shè)計(jì)了高通濾波電路,濾除高頻干擾。
[0016]微控制器外接顯示器和鍵盤(pán)，以便執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)時(shí)顯示采集信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
[0017]電源模塊為檢測(cè)儀提供所需穩(wěn)定可靠的5V和3.3V電源。
[0018]本檢測(cè)儀還設(shè)有與微控制器電連接的無(wú)線(xiàn)通信模塊及RS232串行通信接口或以太網(wǎng)接口，以便實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)中心建立無(wú)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)通信模塊采用2.4GHz的Zigbee無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。
[0019]一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0020]I)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2722-81，建立感觀豬肉色澤、氣味等級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定豬肉新鮮度的等級(jí)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建豬肉新鮮度分級(jí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(見(jiàn)圖2)。豬肉新鮮度分級(jí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型選用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0021]2)將被測(cè)樣品置于取樣臺(tái)上，測(cè)定氣室溫度25±0.2°C，濕度66±0.2°C%，
[0022]一方面通過(guò)數(shù)碼相機(jī)采集取樣臺(tái)上的豬肉顏色圖像至圖像采集卡，另一方面通過(guò)設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體陣列傳感器采集的由氣泵從取樣室內(nèi)抽取的氣體至氣體采集卡，經(jīng)去噪、A/D轉(zhuǎn)換處理后，送入微處理器進(jìn)行分析處理；
[0023]3)微處理器根據(jù)分析結(jié)果，提取樣品中的顏色H、S、I和氣味NH3、H2S特征數(shù)據(jù)輸入到構(gòu)建的模型中進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)SOM網(wǎng)絡(luò)(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))對(duì)該計(jì)算值進(jìn)行聚類(lèi)分析，確定樣品豬肉新鮮度級(jí)別；
[0024]4)通過(guò)顯示器顯示被測(cè)樣品新鮮度等級(jí)信息。
【權(quán)利要求】
1.一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其特征在于:包括由取樣室和設(shè)置在取樣室內(nèi)的光源、取樣臺(tái)和數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成的圖像采集裝置，由氣室和設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體傳感器陣列、半導(dǎo)體制冷片、溫濕度傳感器以及連通氣室與取樣室的氣體管道構(gòu)成的氣體采集裝置，以及微控制器、顯示器、鍵盤(pán)和電源模塊；圖像采集裝置中的數(shù)碼相機(jī)輸出端通過(guò)圖像采集卡與微控制器電連接，氣體采集裝置中的氣體傳感器陣列輸出端通過(guò)信號(hào)處理模塊、氣體采集卡與微控制器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其特征在于:所述連通氣室與取樣室的氣體管道為仿生嗅覺(jué)鼻道結(jié)構(gòu)，氣體管道內(nèi)設(shè)吸氣泵、活性碳和活性氧化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其特征在于:所述氣室內(nèi)在氣體管道與氣體陣列傳感器之間設(shè)有濾網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其特征在于:所述氣室設(shè)有出氣口，出氣口內(nèi)置單向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豬肉新鮮度智能檢測(cè)儀，其特征在于:所述微控制器電連接有無(wú)線(xiàn)通信模塊及RS232串行通信接口或以太網(wǎng)接口。
【文檔編號(hào)】G01N21/27GK203745367SQ201320811692
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】徐鑫, 胡淼, 徐幸蓮, 王家祥 申請(qǐng)人:六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 電子科技大學(xué), 國(guó)家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心