一种冰箱内食材品质检测系统及方法与流程

本发明涉及冰箱技术领域，特别涉及一种冰箱内食材品质检测系统及方法。

背景技术

冰箱是家庭生活中必不可少的食材保藏电子装置，其由压缩机、热量输送装置、保温室和温度反馈等单元组成。传统冰箱仅实现食材储藏和临时过渡存放的功能，主要缺陷在于：无法对其内部存放腐败、质变的食物食材进行智能提醒和告警，时间久了就造成冰箱储藏室内的污染，如不能及时将腐败的食物食材取走，还会污染品质好的食物或者食材，不但给人们的带来经济损失，更重要的是影响了人们的身体健康，降低了生活幸福指数。

中国专利公开号cn106766662a，公开日2017年05月31日，发明创造的名称为冰箱内食材监测管理方法及系统，该申请案公开一种冰箱内食材监测管理方法，所述方法包括：定时或实时检测冰箱内的食材气味，并将检测到的食材气味转化为电阻值；将检测到的食材气味的电阻值与食材被放入冰箱时的气味的电阻值进行对比，获得食材气味的电阻值差值；根据食材气味的电阻值差值判断食材新鲜度，并根据食材新鲜度调整冰箱的环境参数，向用户输出提醒信息。其不足之处在于冰箱内食材多种多样，所散发的气味容易相串，仅通过气味进行食材新鲜度的判断，容易造成误判。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的无法对冰箱内存放的食材进行品质监控，有效防止腐败、质变的食物造成的冰箱室内污染问题，提供一种冰箱内食材品质检测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冰箱内食材品质检测系统，包括：监测模块、存储器、数据处理器、数据传输模块、监测系统控制器、显示屏以及蜂鸣器；所述监测模块通过数据传输模块与存储器、数据处理器连接；所述监测系统控制器与监测模块连接，控制监测模块的工作状态；所述数据处理器与显示屏、蜂鸣器连接。

作为优选，所述监测模块包括温湿度传感器、气相传感器和液相传感器；所述温湿度传感器、气相传感器和液相传感器均与监测系统控制器连接，监测系统控制器根据温湿度传感器检测到的冰箱内温湿度指标，对气相传感器和液相传感器的检测数据进行比对校正。

作为优选，还包括液相传感器检测盒，检测盒内置用于富集冰箱内各类食材、食材所挥发的气相分子，将气相分子转换为液相分子的检测液，所述液相传感器安装在检测盒内。

作为优选，气所述气相传感器包括但不限于：乙醇传感器、烷烃类传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器以及冰箱室内空气质量传感器。

作为优选，所述液相传感器，由纳米泡沫铜电极和铂电极构成检测电极体系，用于检测溶解于检测液中的食材挥发成分

作为优选，一种冰箱内食材品质检测方法，适用于所述的一种冰箱内食材品质检测系统，包括：

s1：将食材置于冰箱托盘上，并关上冰箱门；

s2：开启监测系统控制器，唤醒所有传感器，采集检测信号；对于气相传感器，通过监测系统控制器设定测量周期t内加热电压上升或下降速率；在监测系统控制器的控制下，气相传感器检测信号和液相传感器检测信号经由数据传输模块实时传送到数据处理器待处理；

s3：数据处理器对接收到的传感器信号进行处理，做出食材品质判断并显示在显示屏上，当出现食材品质不合格时，蜂鸣器发出报警信息。

作为优选，步骤s2中，同一类型传感器之间，设有“握手-划拳”协议方案：对于两个同一类型传感器st1和st2而言，其实时检测相应信息分别是res1和res2；如果res1＝res2，则为“握手”状态，将监测结果上传至网络；如果res1≠res2，那么st1和st2各自再重复测量五次，分别得到两个检测数据数组[res11,res12,res13,res14,res15]和[res21,res22,res23,res24,res25]，对两个检测数据数组分别计算其平均值和标准差，标准差低的一方赢得“划拳”，获胜一方将数据传输至数据处理器，作为监测结果。

作为优选，所述步骤s3数据处理器对接收到的传感器信号进行的处理包括：

步骤s31：以每个传感器节点的响应值ri作为节点响应圆的直径，各个响应圆的圆心位于感知节点的中心位置；利用灰度二次样条插值的方法，形成从白色到黑色平缓过度的色度分布，形成一幅多个感知节点响应圆的感知节点响应图像；

步骤s32：设定n个传感器的检测数据分别为snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)；对于平均检测信号中的每个时刻t，计算t-t时刻至t时刻传感器i测量信号均值vui(t)、传感器i测量信号最大值mai(t)和传感器i测量信号最小值mii(t)；设定

其中，经过上述校准计算，得到传感器检测数据snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)所对应的校准信号seb1(t)、seb2(t)、seb3(t)、……sebn(t)；

步骤s33：统计所有传感器响应点的点数，以rav为半径做圆，使得以rav为半径的圆内与圆外传感器响应点的响应值之和相同，设响应点总数为t，求出传感器响应点数值之和则存在一个j1，满足：

而

步骤s34：统计rav半径圆外的传感器响应点数，以rk1为半径做一个圆，使得以rk1为半径的圆内响应值之和与圆外点响应值之和相同；设经过第一次多链路逼近图像分割后rav半径圆外剩余传感器响应点总数为t1，求出传感器响应点数值之和则存在一个j2，满足：

步骤s35：重复上述过程，直到满足以下条件：经过m次多链路逼近分割之后，在以rk(m-1)为半径的圆外，残余传感器响应值总和满足：

步骤s36：以rk(m-1)作为某个时间区间该传感器的特征值，用于判断食材品质。

作为优选，所述步骤s36包括：

如果分割图像中半径rk(m-1)在测量周期t内的变化率≤5％的传感器节点，占总节点数的10％以下，计算机做出样品品质良好的判断；

如果分割图像中半径rk(m-1)在测量周期t内的变化率在[5％，15％]区间内的传感器节点，占总节点数比例在[10％，20％]区间内，计算机做出样品品质合格的判断；

如果分割图像中半径rk(m-1)在测量周期t内的变化率＞15％的传感器节点，占总节点数比例20％以上，计算机做出样品品质不合格的判断。

本发明的实质性效果：本发明(1)通过气体传感器技术、液相-气相纳米电极检测技术、非线性信号分析技术的综合应用，实现冰箱内食材品质精准判断，解决传统家用冰箱不能准确检测食材品质的技术难题，实现一种能够针对变质食材进行告警的智能化家用冰箱，全面提升普通家庭的食品安全防范能力。(2)利用多个传感器构成的传感器网络，实时获取冰箱内食品挥发气体特征信息，如果某类食品出现了质变，就会挥发出特定质变特征气体，被传感器网络感知之后，形成电信号传输到数据处理器。(3)同一类型传感器之间，设有“握手-划拳”协议方案，确保了检测结果的准确性,避免数据偏差产生的误判。

附图说明

图1为本发明的第一示意图；

图2为本发明的第二示意图；

图3为本发明的第三示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

一种冰箱内食材品质检测系统，包括：监测模块、存储器、数据处理器、数据传输模块、监测系统控制器、显示屏、蜂鸣器以及液相传感器检测盒。监测模块监测模块包括温湿度传感器、气相传感器和液相传感器，通过数据传输模块与存储器、数据处理器连接。温湿度传感器、气相传感器和液相传感器均与监测系统控制器连接，监测系统控制器根据温湿度传感器检测到的冰箱内温湿度指标，对气相传感器和液相传感器的检测数据进行比对校正。监测系统控制器与监测模块连接，控制监测模块的工作状态，数据处理器与显示屏、蜂鸣器连接。检测盒内置检测液，液相传感器安装在检测盒内，检测液用于富集冰箱内各类食材、食材所挥发的气相分子，将气相分子转换为液相分子。

气相传感器包括但不限于：乙醇传感器、烷烃类传感器、可燃气体传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器以及冰箱室内空气质量传感器。液相传感器，由纳米泡沫铜电极和铂电极构成检测电极体系，用于检测溶解于检测液中的食材挥发成分。

一种冰箱内食材品质检测方法，适用于所述的一种冰箱内食材品质检测系统，包括：

s1：将食材置于冰箱托盘上，并关上冰箱门；

s2：开启监测系统控制器，唤醒所有传感器，采集检测信号；对于气相传感器，通过监测系统控制器设定测量周期t内加热电压上升或下降速率；在监测系统控制器的控制下，气相传感器检测信号和液相传感器检测信号经由数据传输模块实时传送到数据处理器待处理；

s3：数据处理器对接收到的传感器信号进行处理，做出食材品质判断并显示在显示屏上，当出现食材品质不合格时，蜂鸣器发出报警信息；同一类型传感器之间，设有“握手-划拳”协议方案：对于两个同一类型传感器st1和st2而言，其实时检测相应信息分别是res1和res2；如果res1＝res2，则为“握手”状态，将监测结果上传至网络；如果res1≠res2，那么st1和st2各自再重复测量五次，分别得到两个检测数据数组[res11,res12,res13,res14,res15]和[res21,res22,res23,res24,res25]，对两个检测数据数组进行统计分析，分别计算其平均值和标准差，标准差较低的一方赢得“划拳”，获胜一方将数据传输至数据处理器，作为监测结果，从而保证采样结果的准确性；

数据处理器对接收到的传感器信号进行的处理包括：

步骤s31：以每个传感器节点的响应值ri作为节点响应圆的直径，各个响应圆的圆心位于感知节点的中心位置；利用灰度二次样条插值的方法，形成从白色到黑色平缓过度的色度分布，形成一幅多个感知节点响应圆的感知节点响应图像；如图1所示，首先以每个节点传感器的响应值ri作为节点响应面上该瞬时响应的初始半径，画出此时的响应点，假设各个响应圆的圆心位于传感器放置的位置，传感器每采集一个信号，响应面的瞬时半径r1就顺时针旋转1°，把此时的响应值画在响应面上，响应面初始为黑色，响应信号画点颜色为白色，因此，随着每个传感器检测时间的延长，在黑色背景中白色响应点的分布如图2所示：从图2中可以观察出，不同传感器由于检测信号特性不同，其响应面的轮廓范围是不同的，反映了其响应的变化范围是具有一定分布的。

步骤s32：设定n个传感器的检测数据分别为snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)；对于平均检测信号中的每个时刻t，计算t-t时刻至t时刻传感器i测量信号均值vui(t)、传感器i测量信号最大值mai(t)和传感器i测量信号最小值mii(t)；设定

其中，经过上述校准计算，得到传感器检测数据snb1(t)、snb2(t)、snb3(t)、……snbn(t)所对应的校准信号seb1(t)、seb2(t)、seb3(t)、……sebn(t)；

步骤s33：统计所有传感器响应点的点数，以rav为半径做圆，使得以rav为半径的圆内与圆外传感器响应点的响应值之和相同，如图3所示，设响应点总数为t，求出传感器响应点数值之和则存在一个j1，满足：

而

步骤s34：统计rav半径圆外的传感器响应点数，以rk1为半径做一个圆，使得以rk1为半径的圆内响应值之和与圆外点响应值之和相同；

设经过第一次多链路逼近图像分割后rav半径圆外剩余传感器响应点总数为t1，求出传感器响应点数值之和则存在一个j2，满足：

步骤s35：重复上述过程，直到满足以下条件：经过m次多链路逼近分割之后，在以rk(m-1)为半径的圆外，残余传感器响应值总和满足：

步骤s36：以rk(m-1)作为某个时间区间该传感器的特征值，用于判断食材品质。

某个时刻单个节点的传感器监测数据是一个单一的数值，如果将其按照本方法进行成像处理，那么单一数据就映射成一个具有一定面积的圆形区域，设想某个瞬时测量噪声对监测数据的影响通过成像的方法可以放大成一个环形区域，原本的数据误差对监测数据可能是一些小的干扰，但是在成像之后，误差环形区域的面积对响应圆来说就是一个比较大的干扰，因此更加容易识别和评估数据误差对监测数据的影响，并且将监测数据成像之后，对图像整体进行有效分割识别之后，两个监测时刻的相似性就更加易于比较。如果冰箱内储藏食品的品质出现了较大的变化，从图像分类和识别的角度来说，更易于观察和识别，并且可以通过成像响应圆的面积去评估品质变化的强度，并且量化质变程度，结合相关标准，即可实现食品品质实时精准监测的目标。

步骤s36包括：

如果分割图像中半径rk(m-1)在测量周期t内的变化率≤5％的传感器节点占总节点数的10％以下，计算机做出样品品质良好的判断；

如果分割图像中半径rk(m-1)在测量周期t内的变化率在[5％，15％]区间内的传感器节点占总节点数比例在[10％，20％]区间内，计算机做出样品品质合格的判断；

如果分割图像中半径rk(m-1)在测量周期t内的变化率＞15％的传感器节点占总节点数比例＞20％，计算机做出样品品质不合格的判断。

以上所述实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。