本發(fā)明涉及失重率檢測技術、計算機技術以及農產品無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置及其方法。

背景技術：

禽蛋中富含大量的營養(yǎng)元素，深受消費者的喜愛。而且，我國是禽蛋生產和消費大國，禽蛋的總產量占據著世界禽蛋總產量的40%以上。

禽蛋的新鮮度是衡量禽蛋蛋白質的一個重要的指標。目前絕大多數禽蛋新鮮程度的檢測依靠人工方式，檢測效率和準確率不高。

姜松、漆紅等研究了禽蛋幾何尺寸與體積、質量的關系。結果表明，禽蛋的幾何尺寸和質量都呈正態(tài)分布；其得到的結論為可以用估算標準橢球體體積計算方法估算禽蛋體積?？梢杂皿w積估算禽蛋的質量，禽蛋質量與禽蛋估算體積相關性優(yōu)于與長徑、短徑、蛋形指數、禽蛋長徑處橢圓面積的三元和一元線性回歸。【姜松、漆紅、王國江、蔣曉峰，禽蛋基本特性參數分析與實驗[J].農業(yè)機械學報,2012,43(4)】。于濱、王喜波研究了貯藏過程中禽蛋失重率的變化，隨著貯藏時間的不斷延長，禽蛋品質不斷下降，失重率和整蛋pH與貯藏時間呈正相關，而哈夫單位和蛋黃指數與貯藏時間呈負相關，分別可以用零級和一級反應動力學方程來表征其變化規(guī)律?！居跒I、王喜波，儲藏條件與禽蛋品質的相關性研究[J].食品科技，2012,37(6)】。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置及其方法。

實現方式：

本發(fā)明利用測量雞蛋的長短軸和蛋重信息，并轉化為電信號，通過模型來計算出雞蛋的體積，從而得到雞蛋的原始質量。雞蛋原始質量與實際蛋重進行比較，得到此雞蛋的失重率，調用相關模型，以達到檢測雞蛋新鮮度的目的；本發(fā)明通過利用嵌入式小體積、高可靠、可擴展等優(yōu)點，設計了一個基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置。具有能夠實現隨時隨地地對禽蛋新鮮度檢測的能力，并且有檢測速度快、準確率高、適用環(huán)境和裝置價格便宜多等優(yōu)點，有著重要的現實意義?，F有市場上的禽蛋新鮮度分析裝置體積大、價格高，需要配帶一個具有強大計算功能的PC機而無法實現家庭、戶外等更多場景的運用，讓技術難以普及，并且PC計算能力的冗余，造成資源浪費，且大多為破壞性檢測；本發(fā)明基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置具有體積小、快速和無損的優(yōu)點，能夠很好地解決這類問題。

本發(fā)明主要針對單個禽蛋的新鮮度檢測。與其他類似研究不同的是，本發(fā)明設計了一個基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置，可實現快速檢測得到新鮮度結果。本發(fā)明主要完成以下幾項工作：

1、設計和搭建信息采集裝置，采集禽蛋的質量與長短軸信息。主要包括長短軸測量模塊的設計，蛋重測量模塊的設計，ARM架構的嵌入式主板的選擇（iTOP4412linux2440），設備通訊與連接，設備功能界面UI和按鍵布局設計；

2、采用合適的預處理算法和信號修正算法，對長短軸信號進行處理，提取長短軸與蛋重數據等；選用相關的建模算法，預測該禽蛋的新鮮度。

具體工作主要有：第一，將禽蛋放置在長短軸測量裝置上，利用稱重傳感器采集蛋重數據；第二，將禽蛋放置在長短軸測量裝置上，利用推板運動來采集禽蛋的長短軸數據；第三，將數據分別導入相應的模型中，通過長短軸來求解體積，通過體積求解原始蛋重；第四，將原始蛋重和測量蛋重導入相應的模型中，得出結果，并顯示。

3、系統(tǒng)中檢測軟件的編寫，系統(tǒng)是基于Linux的Android系統(tǒng)，編寫語言為java；軟件設計主要包括界面UI設計、數據采集、通訊及處理以及定義實體按鍵的功能；最后將軟件運行于裝置，檢驗檢測功能和檢測準確度。

本發(fā)明的重難點在于：第一，如何將昂貴的新鮮度檢測設備便攜化，降低使用成本，利用失重率技術實現禽蛋新鮮度的無損檢測，打破禽蛋新鮮度檢測需要破損的現狀；第二，將算法移植到成本低廉的嵌入式系統(tǒng)中，改善傳統(tǒng)儀器分析的高額代價的缺點；第三，用戶友好的UI和一鍵檢測設計可以讓非科研人員輕松使用裝置；降低學習成本，打開設備市場。

具體地說，本發(fā)明的技術方案如下：

一、基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置（簡稱裝置）

包括工作對象——禽蛋；

設置有外殼、長短軸測量模塊、數據線、電動推桿、RAM架構的嵌入式主板、觸摸顯示屏、電源按鍵、start按鍵、stop按鍵、電源線和供電電池；

所述的長短軸測量模塊包括支架、推板、稱重傳感器、數字式位移計和壓力傳感器；

其位置和連接關系是：

在外殼的上方開設凹槽安裝長短軸測量模塊，在外殼的正面設置觸摸顯示屏，在外殼的正面最右設置有start按鍵和stop按鍵，在外殼側面設置有電源按鍵，在外殼內部設置有電動推桿，電動推桿與推板連接，在外殼的內部設置有ARM架構的嵌入式主板，在外殼的后側面設置有電源線，在外殼的內部設置有供電電池；

電動推桿、觸摸顯示屏、電源按鍵、start按鍵、stop按鍵、稱重傳感器、數字式位移計和壓力傳感器分別通過數據線與ARM架構的嵌入式主板電氣連接；

供電電池通過電源線提供電源。

二、基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測方法（簡稱方法）

本方法包括下列步驟：

①將待檢測的禽蛋放到長短軸測量模塊中的蛋重檢測口上；

②推板運動將禽蛋移動到指定位置；

③選取數學模型，對采集得到的數據進行處理：

④在屏幕上顯示對應的結果。

本發(fā)明的工作原理：

開啟裝置的總電源，打開檢測軟件；將待檢測禽蛋放在傳感器的檢測口上，稱重傳感器將接受到的壓力信號轉換成電信號，通過A/D轉換接入ARM架構的嵌入式主板；按下start按鍵長短軸測量模塊開始工作，推板推動禽蛋移動，當推板上的壓力傳感器接受到相應的信號時，推板停止運動，數字式位移計將接受的電信號，通過A/D轉換接入ARM架構的嵌入式主板；檢測軟件運用檢測得到的數據計算禽蛋的失重率，并對禽蛋好壞進行判斷，最后顯示在顯示屏上；從而實現禽蛋新鮮度的無損檢測和分級判斷。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果：

①利用失重率技術，能夠完成禽蛋新鮮度的快速無損檢測；

②運用多個模型逐步進行運算；

③模型線性好，檢測準確率高；

④基于嵌入式系統(tǒng)，高可靠、可擴展、易升級；

⑤裝置構造簡單，成本低，能夠得到廣泛的應用；

⑥裝置體積小易攜帶，適用場景多，容易推廣。

附圖說明

圖1是本裝置的結構示意圖（立體圖）；

圖2是本裝置的結構方框圖；

圖3是長短軸測量模塊的結構示意圖（立體圖）；

圖4是電動推桿的結構示意圖（立體圖）；

圖5是軟件的工作流程圖；

圖中：

0—禽蛋；

1—外殼；

2—長短軸測量模塊，

2.1—推板，

2.2—稱重傳感器，

2.3—數字式位移計，

2.4—壓力傳感器，

2.5—導軌；

3—數據線；

4—電動推桿；

5—ARM架構的嵌入式主板

ARM：Acorn RISC Machine，是Acorn有限公司面向市場設計的第一款RISC微處理器，ARM處理器本身是32位設計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節(jié)省達35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。

6—觸摸顯示屏；

7—電源按鍵；

8—start按鍵；

9—stop按鍵；

10—電源線；

11—供電電池。

具體實施方式

下面結合附圖和實例詳細說明：

一、裝置

1、總體

如圖1、圖2、圖3，本裝置包括工作對象——禽蛋0；

設置有外殼1、長短軸測量模塊2、數據線3、電動推桿4、RAM架構的嵌入式主板5、觸摸顯示屏6、電源按鍵7、start按鍵8、stop按鍵9、電源線10和供電電池11；

所述的長短軸測量模塊2包括支架2.0、推板2.1、稱重傳感器2.2、數字式位移計2.3和壓力傳感器2.4；

其位置和連接關系是：

在外殼1的上方開設凹槽安裝長短軸測量模塊2，在外殼1的正面設置觸摸顯示屏6，在外殼1的正面最右設置有start按鍵8和stop按鍵9，在外殼1側面設置有電源按鍵7，在外殼1內部設置有電動推桿4，電動推桿4與推板2.1連接，在外殼1的內部設置有ARM架構的嵌入式主板5，在外殼1的后側面設置有電源線10，在外殼1的內部設置有供電電池11；

電動推桿4、觸摸顯示屏6、電源按鍵7、start按鍵8、stop按鍵9、稱重傳感器2.2、數字式位移計2.3和壓力傳感器2.4分別通過數據線3與ARM架構的嵌入式主板5電氣連接；

供電電池11通過電源線10提供電源。

2、功能部件

1）外殼1

外殼1是本裝置的支撐體，塑料材質，整體大小為長×寬×高=11cm×14cm×7cm。

設計的開口有觸摸顯示屏開口、按鍵開口、長短軸測量模塊開口和其他接口開口（數據線、電源線等）。

2）長短軸測量模塊2

如圖3，長短軸測量模塊2由支架2.0、推板2.1、稱重傳感器2.2、數字式位移計2.3、壓力傳感器2.4和導軌2.5組成；

在支架2.0的兩邊分別設置有推板2.1，在支架2.0底部設置有導軌2.5和稱重傳感器2.2，在推板2.1的上面設置有壓力傳感器2.4，推板2.1與導軌2.5連接，數字式位移計2.3設置在推板2.1與導軌2.5之間。

3）Arm架構的嵌入式主板5

（1）硬件配置

是一種通用外購件，選用迅為iTOP4412；

主要特征是使用了Exynos 4412-ARM處理器；320PIN管腳引出；HDMI、MIPI、常用的RJ-45網口、串口、通用總線、GPIO等接口單元；并且有充足的內存空間至少1GBRAM，4GBROM。

（2）軟件構建

基于Linux的Android操作系統(tǒng)，版本4.0；檢測軟件編寫語言為java，開發(fā)工具為谷歌定制eclipse；軟件設計主要包括界面UI設計和數據處理以及定義實體按鍵的功能，并導入建立的模型。

如圖5，軟件工作流程：

A、啟動程序-501；

B、選擇品種-502；

C、選擇對應品種的數學模型-503；

D、讀取長短軸與蛋重數據-504；

按下start按鍵8，執(zhí)行測量操作；

E、計算禽蛋體積-505

通過長短軸數據，進入已建立的長軸L、短軸B和體積V模型：

粉色禽蛋：V1=0.5189×LB^2，褐色禽蛋：V2=0.5474×LB^2，計算出禽蛋的體積；

F、計算蛋重-506

通過禽蛋的體積數據，進入已建立的體積V與質量m模型：

粉色禽蛋：m1=1.0803×V1，褐色禽蛋：m2=1.0269×V2，計算出禽蛋的質量；

G、計算禽蛋的失重率-507

將測量的實際蛋重m與計算出的蛋重導入Arm架構的嵌入式主板中，進行數學運算，得到禽蛋的失重率p；

H、判斷并顯示結果-508

將得到的禽蛋失重率p導入已建立的失重率模型：

粉色禽蛋：p1=m/m1；褐色禽蛋：p2=m/m2中，判斷此禽蛋的新鮮度，并在顯示屏上顯示結果。

4）觸摸顯示屏6

一種通用外購件，是一個具有RGB-LCD接口的7寸觸控顯示屏。

5）電源按鍵7

一個脈沖式開關按鍵，用來控制裝置的開關機和待機的電源鍵。

6）start按鍵8

一種通用外購件，即脈沖式開關按鍵，其有一個觸發(fā)程序，可以快速設置參數，實現一鍵檢測功能。

7）stop按鍵9

一種通用外購件，即脈沖式開關按鍵，其有一個觸發(fā)程序，可以快速設置參數，實現一鍵檢測功能。

8）推板11

一個塑料制品，表面設置有壓力傳感器。

9）稱重傳感器12

一種通用外購件，是一個電阻應變式稱重傳感器。

10）數字式位移計13

一種通用外購件，是一個數字式游標卡尺。

11）壓力傳感器14

一種通用外購件，是一個電阻應變片壓力傳感器。

12）電動推桿15

一種通用外購件，是通過永磁直流電機驅動。

13）供電電池16

一個通用外購件，特點是薄片狀的鋰電池，容量在2000mA.h以上。

二、檢測結果

本實驗的試驗樣品采購于九峰山雞場，通過上述的基于失重率的禽蛋新鮮度便攜式檢測裝置及其方法進行預測，檢測效果較好，滿足家庭實際檢測需求。