西瓜成熟度测量装置的研制

• 第二部分为同相电压放大部分，其作用有二： 一是前面加了高通滤波电路，信号有衰减，后 面要加放大电路放大。二是利用改变同相放大 的增益来改变整个电路的增益。
数据存储，处理及显示部分电路设计
• 采集时，预计采集512个点进行特征分析， 每个点两个字节，大概约要2K。初步设想 采用6264，具有8K存储空间，能够满足要 求。
西瓜成熟度测量装置的研制
开题报告 导师： 姓名：
一· 本装置研究的意义
农产品、食品安全和品质问题已成为当今 万众瞩目的大事。当前尽速提高我国农产 品、食品安全与品质检测水平是构建和完 善我国食品安全保障体系的重要环节和技 术支持。
发展农产品、食品安全与品质检测技术是 一项利国利民的大事。不仅是保护消费者 利益的重大举措，也是推进农业结构调整， 提高农产品市场竞争力，增加农民收入的 有效措施。同时对“三农政策”的深入开 展起到了积极作用，也将对中国农业的发 展产生深远的影响。
三·装置特点
但是大多数试验仪器多是基于PC机或 大型仪器，价格十分昂贵，也不易操作， 而且多数体积较大，因此目前的西瓜成熟 度检测仪器离实用还有一定的距离。如何 在前人研究基础上，对西瓜成熟过程中非 生物学信息进行有效的特征提取，研制出 方便实用、能适合多种西瓜成熟度快速检 测的设备。
四· 装置总体设计思路
装置图
振动信号采集的电路设计
• 本测量装置采用压电式加速度传感器，由于压电 式加速度传感器的内阻很高，而且输出的信号微 弱，因此前置放大滤波电路有三个作用：一是将 传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出；二是将 传感器的微弱信号进行放大；三是将噪声信号滤 除掉。芯片采用具有高输入阻抗的TL084，其电 路主要分为一下几个部分：
目前常见的无损检测方法有：声学特性法、电磁 特性法、可见光与近红外分析法、机器视觉技术 检测法等。其中声学特性法是基于农产品的声学 特性的一种方法。农产品的声学特性是指农产品 在声波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、 吸收特性、衰减系数、传播速度及其本身的声阻 抗与固有频率等，它们反应了声波与农产品相互 作用的基本规律。对于水果类产品，利用声振动 法对其成熟度的无损检测是一种很有效的方法。
• 总体方案设计
（1）本课题开展的步骤
数据采集电 路设计 A/D转换电路 设计 数字处理部 分电路设计 装置的组合 敲击装置的 设计
敲击试验 对数据进行 采集并存储 由单片机实现对上 述信号特征的处理， 并将结果显示在数 码管上，完成测试 把数据送入PC机，由PC 机对数据进行处理，通 过大量实验找出适合单 片机处理的信号特征
1. 电荷转换部分
• 电荷转换部分是整个电荷放大器的核心部 分，这部分的作用是将压电加速度传感器 的输出电荷信号Q转换成电百度文库信号V。它是 由运算放大器和反馈网络组成。
2. 适调放大部分
• 这部分的作用是当被测非电量一定时，用 不同灵敏度的传感器去测量时，有相同的 输出。
3. 低通滤波部分
• 压电加速度传感器是一个若阻尼的振动系统， 因此它的幅频特性的高频段有一个很高的共振 峰，此峰值严重地引起了高频噪声，并对输入 信号产生失真和干扰。为此，需在放大器中采 用低通滤波器，以补偿传感器引起的高频幅频 特性。
谢谢
• 识别结果由P1口输出到液晶屏，显示西瓜 成熟度和重量，同时还可以显示电路的工 作状态。
软件设计部分
• 首先对西瓜质量信息进行采集，经单片机内部A/D转 换后存入内部RAM。之后，启动加速度传感器，对振 动信号进行采集，经A/D转换后存入单片机内部RAM， 此处要加去静音部分。
西瓜质量信 息的采集 经过计算得出 西瓜质量并 存入外部RAM 启动加速 度传感器 A/D转换 测量结果 显示 数据分析 和处理 是否有敲击 N Y 数据采集 和存储
二· 理论基础
无损检测（NDT）技术是在不破坏被检对象的前提 下，运用各种物理学的方法如声、光、电、图像 视觉技术等手段对物料进行检测分析的一种方法 和技术。主要是基于被检物的物理性质如密度、 硬度、形态、颜色等，进而判定成熟度、以及内 部的含糖量、糖酸比、水分、内部病变等。在获 取样品信息的同时保证了样品的完整性，检测速 度较传统的化学方法迅速，且能有效地判定出从 外观无法得出的样品内部品质信息。
装置图
振动信号的采集 振动信号产生装置
本装置利用小球自由下落来对西瓜进行敲击， 从而产生振动信号。此种敲击方法可以简化测量 装置，从而为实现测量装置的便携奠定基础。我 们可以从测量装置总体设计图中可以看出此种敲 击方法对装置的便携起到的积极作用。 敲击点置于水果外表面的中部附近，采用直 径为30mm的钢球产生激振信号，用加速度传感 器对振动信号进行采集。
（2）测量装置总体设计
小球 应变片 控制 测量 电路 弹簧片 西瓜 加速度 传感器
V型 槽
吸盘
返回
硬件部分设计
西瓜质量的测量
西瓜质量测量的根据为弹性变形的原理，将西瓜靠在 V型槽上，V型槽上面为一弹簧片，弹簧片上又贴有应变片， 那么不同大小的西瓜挤压弹簧片的程度不同，弹簧片变形 的大小就反应了西瓜的大小，从而可以得出西瓜的曲率半 径。我们可以把西瓜近似看成一个球体，又采摘的西瓜的 密度为0.90-0.95，其变动很小，这样我们就可以大致计 算出西瓜的质量m。
• 单片机采用STC90C514AD，此单片机具有 56K的flash，5K的EEPROM,4K的SRAM。存储 空间足够大，所以无需外围存储芯片，且 内部集成A/D转换电路，从而简化了电路。 可以实现串行口编程，这样就可以用一根 串行口到USB的数据线实现对单片机的程序 下载，同样通过这根线把单片机所采集并 存储的数据读入PC机。
• 且在某些振动测试中，电荷放大器的通频带 有时远远高于实际的需要，而无用的高频带 的存在对低频测试只会带来坏的影响。
4. 输出放大部分
• 这部分电路包括两个部分：高通滤波和同相 电压放大。因为在电荷转换部分，在切换增 益档时，电路直流放大倍数变化很大，输出 零点跳动较大，并且为了减少直流漂移影响， 所以在低通滤波器后面又加了一个高通滤波 器，将直流部分去掉。高通滤波器由一阶RC 电路和运算放大器组成。