基于手机平台的开放式食品安全检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于手机平台的开放式食品安全检测系统，它的组成：待测食品0，食品安全检测信息采集装置1，蓝牙通信2(或USB接口)，手机3，GPRS通信4，Internet5，食品安全检测数据库6与图像云计算7等组成。食品安全检测采集装置分别采集一维的信息由手机中安装的模糊迭代自组织数据分析程序直接得出检测结果，图像信息通过手机操作食品安全检测中心数据库的主机，应用图像云计算得出检测结果。本发明系统结构简单实用，操作方便，能形成真正意义上的食品安全社会化网络。
【专利说明】基于手机平台的开放式食品安全检测系统
【技术领域】
[0001]本发明设计是一个大的食品安全检测系统，它是一个开放的大系统，应用手机这一普通的工具作为核心的承载工具，形成社会网络化的食品安全检测。
【背景技术】
[0002]食品安全关系到人类的身体健康甚至生命安全，食品安全问题日益受到社会和政府的高度重视。但是食品安全涉及农业、畜牧业和工业生产等多个领域的复杂性、综合性问题，它不仅需要有效的制度和严格的管理，还需要有效、先进的现代技术支持。
[0003]目前公开的食品检测系统都是应用RFID技术，加上无线传感器网络技术实现对食品生产中的工业或工业中的某个具体环节进行检测与监测。
[0004]食品检测车是食品监督部门专用的，各个机关、企业、学校的食堂也配备了相应的食品安全检测仪器，但没有形成一个食品安全检测系统与网络。况且这些操作都是由专职员进行操作，且检测范围小、成本高，没有形成全民参与的食品安全检测态势，也给食品安全检测带来不可忽视的问题。
【发明内容】
[0005]本发明公开了基于手机平台的开放式食品安全检测系统。本发明的目的鉴于食品安全形势的现状及其重要性，克服现有食品安全检测不足。充分应用手机平台优势，将GPRS与Internet，结合起来，并应用云计算模式下图像检索系统，为实现食品安全社会化监督提供技术支持。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了基于手机平台的开放式食品安全检测系统，本发明系统组成如附图1，待检测食品0，食品安全检测信息采集装置1、蓝牙通信(或USB接口)2、手机3、GPRS通信4与Internet5，、食品安全检测数据库6、图像云计算方法7等。
[0007]对本发明的进一步改进在于:
[0008]1.食品安全检测信息采集装置如附图2，它的组成:组合式传感器8 (含电阻率传感器、超声波传感器、近红外光传感器、微荧光传感器)、信号调理电路9、A/D转换电路10、蓝牙通信模块(或USB接口)11。
[0009]2.在手机4安装部分食品安全检测软件，考虑手机的承受能力，本发明开发的软件仅处理超声波传感器与电阻传感器采集的数据，采用模糊迭代自组织数据分析的算法进行处理，能够在现场进行检测，手机将检测结果自动发送到食品安全检测数据库中。
[0010]3.将近红外图像传感器与微荧光图像传感器的采集的图像经手机4发送至食品安全检测数据库7，由图像云计算进行识别计算，同时数据库自动记录发送食品安全检测信息，建立相应检测档案。
[0011]本发明基于手机平台的开放式食品安全检测系统有如下优势:
[0012]1.食品安全远程检测的实现可以借助于许多设备，有各种各样的形式。之所以选择基于手机平台，原因就在于手机现已在全世界的到广泛应用，并且只需较少的花费就能够完成信息传输和数据处理任务。
[0013]2.手机方便、灵活、易于为大众使用，选择手机来实现高效率、低成本的食品安全检测是个不错的选择，且易于形成社会化的食品安全监督网络，使食品安全法切实落到实处。
[0014]3.开发手机的食品安全检测功能是极其重要的应用领域，将基于手机的食品安全检测设备与服务推向市场具有重大的现实意义与应用前景。
[0015]4.这一系统是一个开放性的系统,随着光电磁生物传感技术,微机械系统(MEMS)技术的发展，以及手机本身的技术进步，这一系统的应用将更为广泛，在食品安全检测时的实用性、可靠性都会不断提高。
[0016]5.食品安全检测装置与手机实现短距离无线通信，具有USB接口备用，使得系统实用性好、可靠性高。
[0017]6.本发明实施的食品安全检测都是物理检测方法，不需要任何化学试剂，符合减少排放、保护环境的要求。
[0018]特别需要说明一点的，在食品安全信息采集装置中预留一定数量的插槽，随着生物图像传感器及其图像处理技术的发展，食品安全检测的参数越来越多，准确度越来越高，这也是本发明开放式的客观要求。与此同时也可以将一些光、声、电磁等传感器内置于手机内。制定相应的手机平台食品安全检测标准，使资源的可重复利用率提高、功能易于扩展，降低开发与维护费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1.基于手机平台的开发式食品安全检测系统组成图
[0020]图2.食品安全信息采集装置组成图
[0021]图3.云计算模式下食品安全检测图像检索系统结构图
[0022]图4.高速信号调理电路框图
[0023]图5.图像信号处理系统框图
[0024]图中:待检测食品0，食品安全监测信息检测装置1，蓝牙通信2，手机3，GPRS4，Internet5,食品安全监测中心数据库6,云计算方法7,组合传感器(近红外CMOS传感器；微荧光传感器；超声波传感器；电阻传感器)8，信号调理电路9，A/D电路10，蓝牙通信模块11，电源12，防火墙13，用户系统终端和应用程序14
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明基于手机平台的开放式食品安全检测系统进行详细说明。
[0026]1.食品安全检测信息采集装置2的传感器选择如下:
[0027]电阻率传感器，产品型号:SC21D110，产品厂商:美国AquaSensors。为在最严苛的工业应用中连续使用而设计的双电极电导率传感器。钛电极(0.1，1.0和5.0Cell)，提供CPVC(传感器材料)用于低成本应用，测量系统性能(环境:20英尺电缆，25摄氏度)。范围:0.1 Cell:0-18.2ΜΩ/cm、1.0 Cell:0-5000 μ S/cm、5.0 Cell:0-10000 μ S/cm ;角解析度:4.5有效数字；精确度:0.1 % (读取)；阶跃响应时间:90% 30秒；温度范围-5至75摄氏度；最大压力150psig@75摄氏度；最大流速10ft/S ;符合重工业使用的CE标准要求。[0028]2)超声传感器，产品型号FUS-40E，产品品牌FUJICERA，构造开放式，收发两用，额 定频率40kHz，收发灵敏度-43dB以上(30cm)，最大输入电压100V(Pulse V p. p.)，分辨率 9_，使用温度25?70°C。
[0029]3)近红外光学传感器，E2V公司EV76C454，Jade系列，CMOS成像传感器。高QE， 低光CMOS传感器；分辨率为860*640像素，像素尺寸为5. 8*5. 8微米；图像尺寸为1/2. 9 英寸；最大刷新率为60ifull format,80iVGA format ;位深为8bit ;动态范围为52dB(线 性），100dB(HDR模式）；最大信噪比为大于40dB ;电源电压为3. 3V和1. 8V ;工作时工号为 80mff,待机时功耗为40 ii W ;封装为U CLCC48 10 X 10_。
[0030]4)微荧光传感器，品牌：精谱徕，型号：G1UC01C。具有低噪声，高动态范 围、高清晰度、高质量的图像。部分制冷CCD噪声极低，适合微弱光和荧光等的拍 摄。适合于对检测速度相对较低且对灵敏度和信噪比要求均比较高的领域。具体参 数：像素尺寸4.6iimX4.6iim;分辨率为1360X 1024 ;扫描方式为逐行扫描；帧率为 7. 5fpsil360 X 1024 ;曝光时间10 y s_60s ；信噪比43dB ;快门为电子快门；光谱响应 400nm ?lOOOnm ;数据接口 USB2. 0，480Mb/s ;电源 DC 5V±5% ;电流?200mA ;白平衡为一 键白平衡；工作温度0°C?60°C ;工作湿度45?85%。
[0031]2.信号调理电路9与AD转换电路10，为了减小食品安全检测信息采集装置，提高 此可靠性，本发明有以下方案：
[0032]1)在电阻率传感器与超声传感器方面，提出一种基于FPGA数据采集系统高精度 信号调理电路的设计，信号调理电路的核心是衰减和放大电路，需要确定衰减和放大的倍 数。数据采集系统采集系统的ADC选用量程为-1?+1V的12位模数转换芯片AD9238。电路 的技术指标：放大电路频率为0?100kHz ;量程为±lmV?±20V ;输出信号范围为± IV ； 输入电阻为1MQ，输出电阻为50Q ;零点误差≤10mV ;增益误差< 0. 1%。信号调理放大和 衰减各选择4种倍数，组合后有14种可程控的倍数，即可将量程分为14档，附图4为电路 结构图。
[0033]2)在近红外光学传感器与微荧光传感器方面，提出一种基于FPGA的设计方法，通 过硬件电路软件化的设计方式，在一片FPGA上完成图像的采集、处理及显示等功能。与传 统的设计方法相比较，不仅具有开发周期短、设计效率高、扩展性和升级性良好、设计灵活 等FPGA器件的开发特点，而且由于采用硬件电路实现，因此在图像数据处理的速度上具有 明显优势。系统的设计方案本系统是一个基于FPGA的数字图像处理显示电路，可以实现图 像的灰阶变换、边缘检测及图像的压缩等功能。系统框图如附图5所示，FPGA中包含了以 下5个功能模块电路的开发设计。
[0034]3.手机与云计算作用的描述
[0035]手机检测不只是简单地从传感器收集数据，而是要进行数据处理，在手机内装入 模糊迭代自组织数据分析程序，即可在用户端进行分析并给出较为完善的检测结果，例如， 检测。
[0036]但是对于图像传感器采集的信息，手机是无法完成这一复杂分析，一方面手机并 没有计算机功能强大，且手机所连接的传感器可能无法具备足够的精度，毕竟它们在构成 结合系统时已经被尽量简化了。因此，应用正在兴起的云计算工具对采集的图像进行在线 分析。[0037]云计算是计算机与网络的较佳融合，手机通过GPRS4连接至Internet5，从远程登录到食品安全检测数据库计算机的桌面上，在浏览器中输入被控制主机的IP地址和端口，并在登录入口处输入计算机的用户名和密码，第一次使用也可以注册并借助手机对该计算机进行操作，就像置身于该计算机前一样。因为肉(鱼)类食品安全检测中，图像的使用，使得人们可以直观地得到肉(鱼)类食品内的各种信息，从而能进行准确地检测，平面图像，不仅不够直观，而且不同人的观察易得出不同的结论，三维图像可以给人们提供具体的检测信息，通过手机对肉(鱼)类食品安全图像资源的访问，显示、存取、编辑乃至复杂处理，且通过手机浏览二维图像，清晰地显示三维图像，这类问题就是通过云计算的方法来实现的。
[0038]5.系统工作过程的描述
[0039]检测蔬菜(水果)表面的残存农药、重金属启动食品安全检测信息采集装置中的超声波传感器；检测家禽猪牛羊鱼等肉类产品的新鲜度启动食品安全检测信息采集装置中的电阻率传感器。将采集的一维信息经信号调理电路9与AD转换电路10由蓝牙通信模块(USB接口)，传送至手机中，由手机中安装的模糊通过模糊迭代自组织数据分析程序进行实时处理，可以当场显示检测结果。
[0040]检测豆制品、干货与粮食等食品时，启动食品安全检测信息采集装置中的近红外光学传感器；检测家禽猪牛羊鱼等肉类产品的内部组织情况时，启动食品安全检测信息采集装置中的微荧光传感器。将采集的图像信息经信号调理电路9与AD转换电路10由蓝牙通信模块(USB接口)，传送至手机中，手机通过GPRS4连接至Internet5，从远程登录到食品安全检测数据库计算机的桌面上，在浏览器中输入被控制主机的IP地址和端口，并在登录入口处输入计算机的用户名和密码，第一次使用业可以注册并借助手机对该计算机进行操作，就像置身于该计算机 前一样。可以很快得出检测结果。同时数据库自动记录发送食品安全检测信息，建立相应检测档案。
[0041 ] 其中，模糊迭代自组织数据分析算法和云计算模式下的图像检索描述如下:
[0042]I模糊迭代自组织数据分析算法
[0043]1.1模糊分类
[0044]J.C.Bezdek利用模糊集合的概念提出了模糊分类(也叫软划分)问题，认为被分类对象集合X中的样本Xi,以一定的程度隶属于某一类，也就是说，所有的样本都分别发自不同的隶属于某一类。因此，每一类就认为是样本集合X的一个模糊子集，于是每一种这一类分类结果所对应的分类矩阵，就是一个模糊矩阵
[0045]R= (Yij)cxn
[0046]式中-Yij e [O, I] ^UYij = 1> Oo
[0047]设Mfe为所有满足以上条件的模糊矩阵R的集合，即
[0048]Mfe = Re Vcxft YiJ e [O, I], vi, U= vjj ^yii >O , Vi
Ii=li=lJ
[0049]称Mfe成样本集X被分成C类的模糊分类空间。
[0050]在聚类分析中，如果能根据η个样本的特性指标矩阵寻找出在一定条件下最佳的模糊分类矩阵R，则与R对应的模糊人类，就是样本集X在该条件下最佳的模糊分类。
[0051 ] 1.2模糊IS0DATA聚类分析方法[0052]设被分类对象集合为
[0053]X = (X1, X2,…，xn}
[0054]其中每一个样本Xi均有m个特性指标，即Xi = (xn, xi2,…，Xim)。特性指标矩阵为
[0055](Xij)nxm
[0056]要将样本集X分成C类(2 < C < η)，设C个聚类中心向量为
[0057]V = (Vij)cxn
[0058]为了获得一个最佳的模糊分类，可以按照下列聚类准则，从模糊分类空间Mfe中优选一个最好的模糊分类。
[0059]1.3模糊分类的聚类准则与聚类判据
[0060]在模糊分类的情况下，为了得到最优的分类，把聚类判据作如下推广。即使目标函数
[0061]
【权利要求】
1.基于手机平台的开放式食品安全检测系统，其特征在于:系统的组成包括待检测食品O，食品安全检测信息采集装置1、蓝牙通信(或USB接口)2、手机3、GPRS通信4、Internet5、食品安全检测数据库6与图像云计算方法7等。
2.根据权利要求1，其特征在于:所述的系统是开放式的，随着生物图像传感器技术的不断进步及云计算性能的逐步强大，食品安全检测的参数越来越多，准确度越来越高，同时制定本发明的相应标准，使其资源的可重复利用率提高、功能易于扩展。
3.根据权利要求1，其特征在于:所述食品安全检测信息采集装置I组成包括:组合式传感器8 (含电阻率传感器、超声波传感器、近红外光传感器、微荧光传感器)、信号调理电路9、A/D转换电路10、蓝牙通信模块(或USB接口)11等。
4.根据权利要求1，其特征在于:所述食品安全检测装置完成食品信息检查装置采集的一维信息即:超声波传感器和电导率传感器采集的信息，由手机中安装的模糊通过模糊迭代自组织数据分析程序进行实时处理。
5.根据权利要求1，其特征在于:所述的食品安全信息采集装置采集的图像信息，由手机发送至食品安全检测中心数据库网站，并由手机远程操作检测中心数据库计算机，进行检测结果分析。
6.根据权利要求3，其特征在于:在食品安全检测装置中信号调理电路9与A/D转换电路10都是应用FPGA，用Verilog语言编程实现，且一维和图像两种信号分开进行处理，但可以在一块FPGA中完成。
7.根据权利要求3，其特征在于:在食品安全检测装置中安置蓝牙通信模块(USB接口)与手机实现短距离的无线通信，USB接口作为备用。
8.根据权利要求4，其特征在于:应用模糊通过模糊迭代自组织数据分析的算法，处理手机接收的一维检测信号，并对食品安全的品质进行实时评判。
9.根据权利要求5，其特征在于:将云计算用于食品安全检测中的图像检索，借助手机对该计算机进行操作，就像置身于该计算机前一样，且司以很快得出检测结果。同时实现食品安全检测海量信息的存储、管理与计算。
【文档编号】G01N27/02GK103808764SQ201210439294
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】吴明赞, 曹杰, 梁勇 申请人:南京理工大学