一种水果新鲜度的检测分析系统及方法与流程

本发明属于传感器检测的技术领域，具体涉及一种水果新鲜度的检测分析系统及方法。

背景技术：

目前，我国是世界上第一大苹果生产国，苹果也是我国具有明显国际竞争力的农产品之一。2000年，我国苹果的栽培面积分别占我国水果总面积的1/4、世界苹果总面积的2/5，总产量分别占我国水果总产量的1/3、世界苹果总产量的1/3。苹果是营养丰富的经济作物，而且具有一定的医学疗效作用，是人们非常喜爱的水果之一，在整个水果销售市场上的占有率非常大。目前苹果已成为我国主产区农村经济的支柱产业之一，为增加农民收入及促进出口等方面都发挥着重要作用。

苹果在田间生长发育到成熟后，就需要进行采收。采收后，苹果失去了来自树体的水分和养分供应，需要依靠自身的营养物质来维持生命活动。苹果采后的生存环境条件发生了根本改变，如果在良好的贮藏条件下能够保存其生命活力和延长寿命。目前我国苹果加工行业和家庭的贮藏保鲜意识、设施、方法都很欠缺，有很多是不采取任何保鲜措施，在路旁、场院随意堆放。在储藏环境恶劣的情况下，苹果更容易腐烂变质，严重影响产品的风味、营养价值和外观，因此保鲜对苹果有着非常重要的意义。由于苹果的储藏不当，目前我国苹果每年损失率高达25％以上，造成的经济损失为发达国家的5～6倍。特别是对于普通消费者，苹果的储存条件和水果的新鲜状态更难于把握。因此，在研究苹果成熟衰老规律的基础上，运用相应的检测技术，对减少苹果损失具有重要的意义。

近年来发展了很多利用无损检测手段对水果品质检测的新技术。其中，基于x射线ct技术的农产品检测应用较多。使用x射线ct技术，对处于不同储藏期的苹果进行扫描，获得ct图像和ct值，测量苹果内部的主要成份的含量，建立成份含量和ct值的模型关系，利用ct技术预测水果内部主要成分的变化关系，进而可以预测苹果内部的品质。这种检测方法有很大的局限性。首先，需要采用ct机，这样对于检测的硬件条件要求比较高，不适于大规模的推；其次，检测过程必须用ct机对被检测的苹果进行ct图像的获取，然后进行图像分析，这样检测效率较低。

还有将乙烯气体传感器技术应用于水果保鲜的。该方法主要是研制出乙烯气敏元件，用于测试水果储存过程中这些气体的具体变化情况，寻找规律并分析机理，最终达到改进水果保鲜的目的。由于在苹果的贮藏保鲜过程中，主要的环境参数有氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度、乙烯浓度等，所以单纯只根据乙烯气体的检测结果，不能得到准确的结果。

也有利用生物组织的阻抗频谱特性来对苹果的新鲜度进行检测的，生物组织的阻抗频谱特性主要是指，生物组织电阻抗中，阻性和容性成份的值随着加载电信号频率和生物体放置时间的不同，会发生比较显著的变化。该方法主要是依据生物组织的这种特性，以苹果为对象进行阻抗频谱的研究。但是，由于农产品化学结构很复杂，其介电特性除受自身结构的影响外，还受含水率、温度、湿度、压力及测试部位等诸多因素的影响，所以检测效果并不理想，而且测量方法复杂，测量效率低。

采收后的苹果仍然是一个生命体，还会进行有氧呼吸，生成成二氧化碳和水，呼吸强度越大，其营养物质消耗就越大，储藏时间就越短(但是也不能完全抑制有氧呼吸，如果在无氧状态下，苹果的细胞中会产生有害物质，使细胞中毒)。温度和含氧量是呼吸强度大小的重要影响因素，不同条件下，其呼吸强度是不同的，释放出的二氧化碳和水的量也是不同的。苹果在采摘后会产生大量的乙烯气体，乙烯是一种对于能够调节苹果发育和衰老的激素，能够使苹果的呼吸作用加快，加速苹果的衰老，所以乙烯浓度的高低对于苹果的保鲜时间也是至关重要的。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种数据监测、分析较全面，检测过程智能化程度较高，检测效率较高的水果新鲜度的检测分析系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种水果新鲜度的检测分析系统，包括：信号采集模块：用于采集影响水果呼吸强度的环境参数；信号处理模块：其输入端与所述信号采集模块的输出端电气连接，用于对采集到的影响水果呼吸强度的环境参数进行调整处理；微处理器模块：其输入端与所述信号处理模块的输出端电气连接，用于将实际环境中的采集数据与水果新鲜度参照数据进行对比、分析，得到待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果；水果新鲜度信息数据库：与所述微处理器模块双向连接，用于保存水果新鲜度参照数据，所述参照数据包括水果新鲜度特征数据和环境参数变化特征数据；显示模块：其输入端与所述微处理器模块的输出端电气连接，用于显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

优选地，所述信号采集模块包括：用于采集环境温度的温度传感器、用于采集环境湿度的湿度传感器、用于采集环境中氧气浓度的氧气浓度传感器、用于采集环境中二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器和用于采集环境中乙烯浓度的乙烯浓度传感器；所述信号处理模块包括：用于对采集到的环境温度数据进行调整处理的第一信号调理电路、用于对采集到的环境湿度数据进行调整处理的第二信号调理电路、用于对采集到的环境中氧气浓度数据进行调整处理的第三信号调理电路、用于对采集到的环境中二氧化碳浓度数据进行调整处理的第四信号调理电路和用于对采集到的环境中乙烯浓度数据进行调整处理的第五信号调理电路；所述温度传感器的输出端与所述第一信号调理电路的输入端电气连接，所述湿度传感器的输出端与所述第二信号调理电路的输入端电气连接，所述氧气浓度传感器的输出端与所述第三信号调理电路的输入端电气连接，所述二氧化碳浓度传感器的输出端与所述第四信号调理电路的输入端电气连接，所述乙烯浓度传感器的输出端与所述第五信号调理电路的输入端电气连接。

优选地，还包括：无线通讯模块：其输入端与所述微处理器模块的输出端电气连接，用于将待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果数据，以无线的方式进行传输；智能移动终端：其输入端与所述无线通讯模块的输出端电气连接，用于将显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

优选地，还包括：按键输入模块：其输出端与所述微处理器模块的输入端电气连接，用于完成相关控制功能的输入。

相应地，一种水果新鲜度的检测分析方法，包括以下步骤：s101、保存水果新鲜度参照数据，所述参照数据包括水果新鲜度特征数据和环境参数变化特征数据；s102、采集影响水果呼吸强度的环境参数；s103、对采集到的影响水果呼吸强度的环境参数进行调整处理；s104、将实际环境中的采集数据与水果新鲜度参照数据进行对比、分析，得到待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果；s105、显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

优选地，所述采集影响水果呼吸强度的环境参数，具体包括：采集环境温度、环境湿度、环境中氧气浓度、环境中二氧化碳浓度和环境中乙烯浓度；所述对采集到的影响水果呼吸强度的环境参数进行调整处理，具体包括：对采集到的环境温度数据、环境湿度数据、环境中氧气浓度数据、环境中二氧化碳浓度数据和环境中乙烯浓度数据进行调整处理。

优选地，还包括：将待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果数据，以无线的方式进行传输；在无线接收设备上显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

优选地，还包括：完成相关控制功能的输入。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用物理和化学实验的方法，根据采集到的水果新鲜度特征数据和环境参数变化特征数据，建立完整的水果新鲜度信息数据库，用来作为实际系统采集信息的参照，采用温度传感器、湿度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器和乙烯浓度传感器，来对影响水果呼吸强度的环境参数进行监测，并将监测数据传送给微处理器模块，微处理器模块将采集数据与水果新鲜度信息数据库中的参照数据进行对比和分析之后，将待检测水果的当前新鲜度数据和保鲜决策结果在显示模块上进行展示，保鲜决策结果包括存贮条件、存贮时间等相关参数；本发明中的多传感器采集到的数据全面反映了苹果等水果的实际储藏条件，对影响水果新鲜的判定以及储藏时间的估计提供有力的信息支撑，根据相关参数，比照标准参数数据库，分析得到苹果等水果的保鲜期，提供延长保鲜时间的有效方法，检测过程智能化程度较高，检测效率也较高。

2、本发明的数据传输不仅采用有线方式，还采用无线方式，将待检测水果的当前新鲜度数据和保鲜决策结果发送给用户手持的智能移动终端，便于用户实时掌握数据情况。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1为本发明实施例一提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种水果新鲜度的检测分析方法的流程示意图；

图中：101为信号采集模块，102为信号处理模块，103为微处理器模块，104为水果新鲜度信息数据库，105为显示模块，106为无线通讯模块，107为智能移动终端，108为按键输入模块，1011为温度传感器，1012为湿度传感器，1013为氧气浓度传感器，1014为二氧化碳浓度传感器，1015为乙烯浓度传感，1021为第一信号调理电路，1022为第二信号调理电路，1023为第三信号调理电路，1024为第四信号调理电路，1025为第五信号调理电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图，如图1所示，一种水果新鲜度的检测分析系统，包括：

信号采集模块101：用于采集影响水果呼吸强度的环境参数。

信号处理模块102：其输入端与所述信号采集模块101的输出端电气连接，用于对采集到的影响水果呼吸强度的环境参数进行调整处理。

微处理器模块103：其输入端与所述信号处理模块102的输出端电气连接，用于将实际环境中的采集数据与水果新鲜度参照数据进行对比、分析，得到待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

水果新鲜度信息数据库104：与所述微处理器模块103双向连接，用于保存水果新鲜度参照数据，所述参照数据包括水果新鲜度特征数据和环境参数变化特征数据。

显示模块105：其输入端与所述微处理器模块103的输出端电气连接，用于显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

具体地，所述微处理器模块103可采用msp430单片机芯片，是一种16位超低功耗的芯片，具有精简指令集(risc)，具有丰富的接口和信息处理功能，满足系统设计的需要，还有一个应用优势就是低功耗，其多应用于需要电池供电的便携式仪器，因此可以使检测系统工作时间更长。

具体地，所述显示模块105能够完成相关信息的显示和控制功能，可采用tft液晶触摸屏，tft式显示器具有高响应度、高亮度、高对比度等优点，其显示效果接近crt式显示器，tft模块可以显示数字、中英文字符和图案，图案分辨率较高。

具体地，下面以苹果为例来说明所述水果新鲜度信息数据库104的建立步骤：根据目前市面上的主要苹果种类，选取标准样本，采用物理和化学实验的方法，测定样本的基本参数，包括：亮度、硬度、含糖量、含水量、总酚含量、ppo活性、pod活性、pal活性，然后得到基准参数；大部分苹果的储藏温度为-1℃～0℃，相对湿度为90％，氧气浓度为6％一10％，c02浓度为4％～6％；通过传感器采集系统，对环境参数进行测量，根据时间的变化，检测样本的新鲜度变化特征；采用相同的样本，改变环境参数，检测样本的新鲜度变化特征；更换苹果种类，继续做同类型的实验检测；通过上述实验过程，根据采集的苹果新鲜度特征数据和环境参数变化特征建立相关的数据库。

图2为本发明实施例二提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图，如图2所示，在实施例一的基础上，所述信号采集模块101可包括：用于采集环境温度的温度传感器1011、用于采集环境湿度的湿度传感器1012、用于采集环境中氧气浓度的氧气浓度传感器1013、用于采集环境中二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器1014和用于采集环境中乙烯浓度的乙烯浓度传感器1015；所述信号处理模块102包括：用于对采集到的环境温度数据进行调整处理的第一信号调理电路1021、用于对采集到的环境湿度数据进行调整处理的第二信号调理电路1022、用于对采集到的环境中氧气浓度数据进行调整处理的第三信号调理电路1023、用于对采集到的环境中二氧化碳浓度数据进行调整处理的第四信号调理电路1024和用于对采集到的环境中乙烯浓度数据进行调整处理的第五信号调理电路1025。

所述温度传感器1011的输出端与所述第一信号调理电路1021的输入端电气连接，所述湿度传感器1012的输出端与所述第二信号调理电路1022的输入端电气连接，所述氧气浓度传感器1013的输出端与所述第三信号调理电路1023的输入端电气连接，所述二氧化碳浓度传感器1014的输出端与所述第四信号调理电路1024的输入端电气连接，所述乙烯浓度传感器1015的输出端与所述第五信号调理电路1025的输入端电气连接。

具体地，所述温度传感器101可选择ds18b20测温芯片，ds18b20芯片采用单线接口方式，测温范围为－55℃～+125℃，测量结果以数字量方式串行传送，支持多点组网功能，系统可采用三片ds18b20，布置在三点测温，可以更准确的采集环境的温度变化，完成温度信息的采集。

具体地，所述湿度传感器1012可选择sht11湿度传感器芯片，测量湿度的范围是0～100％，分辨力达0.03％rh，最高精度为±2％rh，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部元件，适配各种单片机。

具体地，所述氧气浓度传感器1013可选择ap-m-o2传感器模块，测量范围为0-100％vol，测量精度≤±1％(f.s)，分辨率≦0.1％vol，对应的第三信号调理电路1023可采用高精度的ad转换电路。

具体地，所述二氧化碳浓度传感器1014可选择tgs4160，传感器体积小、寿命长、选择性和稳定性好，测量范围为0～5000ppm，使用温度为-10℃～+50℃，使用湿度范围为5％～95％rh，使用寿命为2000天；所对应的第四信号调理电路1024可采用带温度补偿的传感器处理模块am-4，有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。

具体地，所述乙烯浓度传感1015可选择me3-c2h4传感器模块，最大测量限100ppm，检测寿2年，灵敏度1.8±0.3a/ppm，分辨率0.1ppm，温度范围为﹣20℃～+50℃，对应的第五信号调理电路1025可采用高精度的ad转换电路。

本实施例的数据传输不仅采用有线方式，还采用无线方式，将待检测水果的当前新鲜度数据和保鲜决策结果发送给用户手持的智能移动终端107，便于用户实时掌握数据情况。

图3为本发明实施例三提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图，如图3所示，在实施例一的基础上，所述的检测分析系统还可包括：

无线通讯模块106：其输入端与所述微处理器模块103的输出端电气连接，用于将待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果数据，以无线的方式进行传输。

智能移动终端107：其输入端与所述无线通讯模块106的输出端电气连接，用于将显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

具体地，所述无线通讯模块106可采用zigbeecc2530模块，2.4ghz的传输频率，ieee802.15.4标准规范，rf4ce遥控控制系统，在最大功率下输出距离>300m，环境温度为-40℃～+125℃,实现信息的无线传输。

图4为本发明实施例四提供的一种水果新鲜度的检测分析系统的结构示意图,如图4所示，在实施例一的基础上，所述的检测分析系统还可包括：

按键输入模块108：其输出端与所述微处理器模块103的输入端电气连接，用于完成相关控制功能的输入。

具体地，所述按键输入模块108可为单片机4×4矩阵键盘，可以完成相关控制功能的输入。

图5为本发明实施例一提供的一种水果新鲜度的检测分析方法的流程示意图，如图5所示，相应地，一种水果新鲜度的检测分析方法，包括以下步骤：

s101、保存水果新鲜度参照数据，所述参照数据包括水果新鲜度特征数据和环境参数变化特征数据；

s102、采集影响水果呼吸强度的环境参数。

s103、对采集到的影响水果呼吸强度的环境参数进行调整处理。

s104、将实际环境中的采集数据与水果新鲜度参照数据进行对比、分析，得到待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

s105、显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

具体地，所述采集影响水果呼吸强度的环境参数，具体可包括：采集环境温度、环境湿度、环境中氧气浓度、环境中二氧化碳浓度和环境中乙烯浓度；所述对采集到的影响水果呼吸强度的环境参数进行调整处理，具体包括：对采集到的环境温度数据、环境湿度数据、环境中氧气浓度数据、环境中二氧化碳浓度数据和环境中乙烯浓度数据进行调整处理。

具体地，所述的检测分析方法还可包括：

将待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果数据，以无线的方式进行传输。

在无线接收设备上显示待检测水果的新鲜度数据以及针对于该待检测水果的保鲜决策结果。

具体地，所述的检测分析方法还可包括：完成相关控制功能的输入。

本发明提供了一种基于多传感器的苹果等水果的保鲜检测技术，先建立一个检测特性标准数据库，作为系统对水果质量检测的依据，通过传感器实际环境的检测数据，对水果的贮藏条件进行分析，通过有线和无线两种方式，分别在系统自带显示器和用户手机等智能终端上显示数据信息，为使用者提供方便、准确的检测结果，便于苹果保存。本发明对水果的新鲜度进行了有效、快捷的检测分析，解决了现有的检测方法较为单一、数据分析不够全面、检测过程智能化程度较低、检测效率低的问题，使大量的产品资源得到有效的监控，避免了造成大量的浪费。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。