一種便攜式香蕉成熟度檢測儀的制作方法

一種便攜式香蕉成熟度檢測儀的制作方法
【專利摘要】一種便攜式香蕉成熟度檢測儀，本實用新型涉及檢測儀器技術領域；它包含檢測器機體、液晶顯示屏、主控制器、顏色采集器、按鍵、傳感器探頭；檢測器機體的內部設有主控制器，檢測器機體的外側設有液晶顯示屏，檢測器機體的頂部設有顏色采集器和按鍵；所述的顏色采集器的外部設有傳感器探頭；所述的顏色采集器、按鍵與主控制器連接，主控制器與液晶顯示屏連接。通過香蕉成熟過程中顏色的變化來進行香蕉成熟度的檢測，用顏色采集器實現香蕉顏色的精確測量，可降低香蕉成熟度檢測儀的制作成本，達到輕便可隨身攜帶的效果。
【專利說明】
-種便攜式香蕉成熟度檢測儀
技術領域
[0001] 本實用新型設及檢測儀器技術領域，具體設及一種便攜式香蕉成熟度檢測儀。
【背景技術】
[0002] 香蕉是有名的熱帶、亞熱帶水果，是世界四大水果之一，栽培面積僅次于葡萄、相 枯，居世界第Ξ位，目前共有120多個國家和地區生產香蕉，其中大部分屬于發展中國家。香 蕉，與許多水果蔬菜一樣，從采收、運輸、儲藏、上架直到消費者手上，一直處于逐漸成熟過 程中。在運期間需要不時監測其成熟程度，W免造成浪費或提前將未成熟水果上架。而香蕉 在未成熟到成熟的過程中，它的顏色會慢慢的變化，并且未成熟和成熟后香蕉的顏色有很 大的差異。
[0003] 目前常用的香蕉成熟度檢測方法有：目測法，即通過觀察香蕉的外形(如硬度和外 形輪廓）W及顏色來判斷香蕉的成熟程度;記日法，即根據香蕉的發育規律記錄香蕉成長的 天數來判斷香蕉的成熟度。而最近有用香蕉的氣味指數及相關算法來進行香蕉成熟度檢 巧。，也有通過研制出一種石英晶體微天平傳感器來檢查香蕉的成熟度，日立高新技術公司 研制的日立F-7000巧光分光光度計可W通過3D巧光光譜來檢測香蕉的成熟度。
[0004] 現有的各種香蕉成熟度檢測方法及技術中存在W下幾個方面的缺陷：
[000引一、主觀性較強，如目測法與記日法，且記日法需要記錄長久的時間數據，不容易 頭施。
[0006] 二、數據不易收集且算法不易實現，如根據香蕉的氣味指數及相關算法進行香蕉 成熟度檢測。
[0007] Ξ、成本過高，如通過研制石英晶體微天平傳感器來檢查香蕉的成熟度，與日立高 新技術公司的日立F-7000巧光分光光度計。 【實用新型內容】
[000引本實用新型的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種結構簡單、設計合 理、使用方便的便攜式香蕉成熟度檢測儀，通過香蕉成熟過程中顏色的變化來進行香蕉成 熟度的檢測，用顏色采集器實現香蕉顏色的精確測量，可降低香蕉成熟度檢測儀的制作成 本，達到輕便可隨身攜帶的效果。
[0009] 為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：它包含檢測器機體、液晶顯示 屏、主控制器、顏色采集器、按鍵、傳感器探頭;檢測器機體的內部設有主控制器，檢測器機 體的外側設有液晶顯示屏，檢測器機體的頂部設有顏色采集器和按鍵;所述的顏色采集器 的外部設有傳感器探頭;所述的顏色采集器、按鍵與主控制器連接，主控制器與液晶顯示屏 連接。
[0010] 所述的傳感器探頭由黑色外殼、透明平板玻璃、散射濾光片、Lm)燈源、黑色內筒構 成；黑色外殼的內部設有透明平板玻璃，透明平板玻璃與黑色外殼的上部之間設有黑色內 筒，黑色內筒與黑色外殼的兩側壁之間設有散射濾光片;所述的顏色采集器設置在黑色內 筒內；所述的L邸燈源設置在散射濾光片的上部。
[0011] 所述的主控制器為單片機，如:STC89LE52，但不限于此型號。
[0012] 所述的顏色采集器為顏色傳感器，如:TCS3414,但不限于此型號。
[0013] 所述的液晶顯不屏為LCD'濃晶顯不屏，如:LCD12864,但不限于此型號。
[0014] 本實用新型的工作原理：當按下開始檢測的控制按鍵后，檢測儀開始工作，顏色采 集器進行顏色的數據信號采集，并將采集到的顏色的RGB值存儲在自帶的寄存器中， STC89LE52單片機讀取TCS3414顏色采集器中對應寄存器的RGB值，并對讀取到的RGB值進行 處理，包括:將RGB值轉換成XYZ顏色空間相應的值，再轉換到Lab值;計算色調角h值;將此色 調角值代入成熟度模型中計算出最終的成熟度等級;最后將成熟度等級顯示在LCD12864液 晶顯不屏上。
[0015] 采用上述結構后，本實用新型有益效果為:本實用新型所述的一種便攜式香蕉成 熟度檢測儀，通過香蕉成熟過程中顏色的變化來進行香蕉成熟度的檢測，用顏色采集器實 現香蕉顏色的精確測量，可降低香蕉成熟度檢測儀的制作成本，達到輕便可隨身攜帶的效 果，且具有結構簡單、體積小、制作成本低等優點。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前 提下，還可W根據運些附圖獲得其他的附圖。
[0017] 圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0018] 圖2是本實用新型的硬件連接關系示意圖。
[0019] 圖3是本實用新型中傳感器探頭的結構示意圖。
[0020] 附圖標記說明：
[0021] 檢測器機體1、液晶顯示屏2、主控制器3、顏色采集器4、按鍵5、傳感器探頭6、黑色 外殼6-1、透明平板玻璃6-2、散射濾光片6-3、L邸燈源6-4、黑色內筒6-5。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖，對本實用新型作進一步的說明。
[0023] 參看圖1-圖3所示，本【具體實施方式】采用的技術方案是:它包含檢測器機體1、液晶 顯示屏2、主控制器3、顏色采集器4、按鍵5、傳感器探頭6;檢測器機體1的內部設有主控制器 3,檢測器機體1的外側設有液晶顯示屏2,檢測器機體1的頂部設有顏色采集器4和按鍵5;所 述的顏色采集器4的外部設有傳感器探頭6;所述的顏色采集器4、按鍵5與主控制器3連接， 主控制器3與液晶顯示屏2連接。
[0024] 所述的傳感器探頭6由黑色外殼6-1、透明平板玻璃6-2、散射濾光片6-3、Lm)燈源 6-4、黑色內筒6-5構成；黑色外殼6-1的內部設有透明平板玻璃6-2，透明平板玻璃6-2與黑 色外殼6-1的上部之間設有黑色內筒6-5,黑色內筒6-5與黑色外殼6-1的兩側壁之間設有散 射濾光片6-3;所述的顏色采集器4設置在黑色內筒6-5內；所述的L抓燈源6-4設置在散射濾 光片6-3的上部。
[00巧]所述的主控制器為單片機3，如：STC89LE52，但不限于此型號其特征在于體積較 小，便于攜帶。
[00%]所述的顏色采集器4為顏色傳感器，如:TCS3414，但不限于此型號。
[0027] 所述的液晶顯不屏2為LCD'濃晶顯不屏，如:LCD1286，但不限于此型號。
[0028]本【具體實施方式】的工作原理：當按下開始檢測的控制按鍵5后，檢測儀開始工作， 顏色采集器4進行顏色的數據信號采集，并將采集到的顏色的RGB值存儲在自帶的寄存器 中，STC89LE52單片機讀取TCS3414顏色采集器4中對應寄存器的RGB值，并對讀取到的RGB值 進行處理，包括:將RGB值轉換成XYZ顏色空間相應的值，再轉換到Lab值;計算色調角h值;將 此色調角值代入成熟度模型中計算出最終的成熟度等級；最后將成熟度等級顯示在 LCD12864液晶顯示屏2上。
[00巧]由于STC89LE52單片機具有36個I/O接口，足夠滿足TCS3414的4個I/O接口、 LCD12864的12個I/O接口和按鍵的一個I/O接口的接口需求。本設計的主要計算在于，將RGB 顏色值到ΧΥΖΞ刺激值的轉換，再及Lab值的轉換，進而進行色調角h的計算，最總通過色調 角計算出香蕉的成熟度等級，設及到的都是基本運算，故STC89LE52單片機的計算能力也足 夠。由上所述，主控制器STC89LE52單片機能滿足硬件需求。
[0030] 顏色采集器4中TCS3414顏色傳感忍片能夠準確地測量出不同光強下的色度，并W 16位分辨率輸出，該器件擁有集8*2陣列的光學濾光片，模擬數字轉換器和控制功能與一身 的CMOS集成電路，16個光學濾光片中，有4個紅色濾光片，4個綠色濾光片，4個藍色濾光片和 4個全通濾光片。
[0031] 由Ξ原色感應原理可知，如果知道構成各種顏色的Ξ原色的值，就能夠知道所 測試物體的顏色，對于TCS3414來說，當選定一個顏色濾光片時，它只允許某種特定的原 色通過，阻止其他原色通過。例如：當選擇紅色濾光片時，入射光中只有紅色可W通過， 藍色和綠色都被阻止，運樣就可W得到紅色光的光強；同理，選擇其他的濾光片，就可W 得到相應顏色光的光強，通過運Ξ個RGB顏色值，便可W分析反射到TCS3414傳感器上的 光的顏色。
[0032] 測量物體表面顏色RGB值的過程中，在其他條件相同的情況下，光源照射強度對測 量值有很大的影響，要實現同一物體表面顏色的重復性測量，光源照射條件需穩定一致，由 于自然光源是不斷變化的，故不能選擇自然光源因此，選用4顆白色L邸燈源6-4作為照明光 源，通過黑色外殼6-1與外界自然光源隔開，W免外界光源對測量結果的影響。
[0033] 物體Ξ刺激值(tristimulus values)是物體表面引起人體視網膜對某種顏色感 覺的Ξ種原色的刺激程度之量的表示，在Ξ色系統中，用X(紅原色刺激量）、Υ(綠原色刺激 量)和Ζ(藍原色刺激量)表示，Ξ刺激值的計算是根據物體的光譜特性、CIE標準照明體及 標準觀察者函數來計算。
[0034] 要實現RGB值到ΧΥΖ值的準確轉換，即實現轉換出的ΜΖ值與測量得到的RGB值表示 同一顏色(無色差），需要對設計中L邸照明光源下的顏色傳感器進行特征化，即找到一個矩 陣模型，本設計中采用多項式建模的方法對顏色傳感器進行特征化，用公式表示為:H=MP， 其中P為輸入矩陣，Μ為3*m的轉換矩陣(m為多項式項數），H為輸出矩陣。當項數為3時，公式 可表示如下：
[0035]
[0036] 具體做法是借助GretagMacbeth 240 Color化eck色卡，并通過歸化求解的方法求 出矩陣M。
[0037] 首先計算出240色卡中每個色塊的MZ值，計算公式如下：
[00；3 引
[0039] 其中S(A)對光源的相對光譜功率分布(可用光譜福射度計測量得到），1讓戀為240 色卡中每個色塊的光譜反射率(可用分光光度計測量得到），；g錢、髮綾K寫?為光譜色Ξ 刺激值，2°視場時為CIE1931X^系統的標準觀察者，10°視場時為CIE1964X^系統的標準觀 察者。本設計中選擇2°視場。要得到上式中的K值，則要根據光源的Υ=100利用下式進行反算
[0040]
[0041] 再將計算得到的240色卡中每個色塊的ΧΥΖ值轉換成Lab值，便于計算色差，轉換公 式如下： .tip·' -古':''
[0047] 在得至U240色卡中每個色塊的％梁務值后(此為真實峰壤毅值，記為輪辭義技皆），可 W隨機初始化一個轉換矩陣Μ，本設計中多項式項數選用20項，即m=20,故Μ為3*20矩陣。輸 入項矩陣Ρ也為20項，具體如下：
[0048] [1 R G B RR GG BB RG RB GB RRR GGG BBB RRG RRB GGR GGB B服 BBG RGB]， 輸入矩陣P為W上行向量的轉置。
[0049] 初始化矩陣Μ后便可W得至Ij240色卡中每個色塊ΧΥΖ的預測值，再根據W上計算Lab 值的公式計算出240色卡中每個色塊Lab值的預測值，記為12班也^。再根據W下色差公式 計算出預測值與實際值的色差，
[(K)加 ]
[0051] 應用歸化求解方法對系數矩陣Μ的值進行優化，當達到色差最小時即所需要的系 數轉換矩陣。
[0052] 找到系數矩陣Μ后便可W對任意檢測到的RGB顏色值進行轉換，并最終得到顏色對 應的Lab值，通過計算色調角h，再帶入到成熟度模型公式便能夠得到相應的香蕉成熟度等 級。
[0053] 采用上述結構后，本【具體實施方式】有益效果為:本【具體實施方式】所述的一種便攜 式香蕉成熟度檢測儀，通過香蕉成熟過程中顏色的變化來進行香蕉成熟度的檢測，用顏色 采集器實現香蕉顏色的精確測量，可降低香蕉成熟度檢測儀的制作成本，達到輕便可隨身 攜帶的效果，且具有結構簡單、體積小、制作成本低等優點。
[0054] W上所述，僅用W說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對 本實用新型的技術方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本實用新型技術方案的 精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種便攜式香蕉成熟度檢測儀，其特征在于：它包含檢測器機體、液晶顯示屏、主控 制器、顏色采集器、按鍵、傳感器探頭;檢測器機體的內部設有主控制器，檢測器機體的外側 設有液晶顯示屏，檢測器機體的頂部設有顏色采集器和按鍵;所述的顏色采集器的外部設 有傳感器探頭;所述的顏色采集器、按鍵與主控制器連接，主控制器與液晶顯示屏連接。2. 根據權利要求1所述的一種便攜式香蕉成熟度檢測儀，其特征在于:所述的傳感器探 頭由黑色外殼、透明平板玻璃、散射濾光片、LED燈源、黑色內筒構成；黑色外殼的內部設有 透明平板玻璃，透明平板玻璃與黑色外殼的上部之間設有黑色內筒，黑色內筒與黑色外殼 的兩側壁之間設有散射濾光片;所述的顏色采集器設置在黑色內筒內；所述的LED燈源設置 在散射濾光片的上部。3. 根據權利要求1所述的一種便攜式香蕉成熟度檢測儀，其特征在于:所述的主控制器 為單片機。4. 根據權利要求1所述的一種便攜式香蕉成熟度檢測儀，其特征在于:所述的顏色采集 器為顏色傳感器。5. 根據權利要求1所述的一種便攜式香蕉成熟度檢測儀，其特征在于:所述的液晶顯示 屏為IXD液晶顯示屏。
【文檔編號】G01N21/25GK205484016SQ201620248348
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】嚴旭, 劉小波, 崔桂華, 李長軍, 阮秀凱, 蔡啟博
【申請人】溫州大學