一种便携式香蕉成熟度检测仪的制作方法
【专利摘要】一种便携式香蕉成熟度检测仪，本实用新型涉及检测仪器技术领域；它包含检测器机体、液晶显示屏、主控制器、颜色采集器、按键、传感器探头；检测器机体的内部设有主控制器，检测器机体的外侧设有液晶显示屏，检测器机体的顶部设有颜色采集器和按键；所述的颜色采集器的外部设有传感器探头；所述的颜色采集器、按键与主控制器连接，主控制器与液晶显示屏连接。通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身携带的效果。
【专利说明】
-种便携式香蕉成熟度检测仪
技术领域
[0001] 本实用新型设及检测仪器技术领域，具体设及一种便携式香蕉成熟度检测仪。
【背景技术】
[0002] 香蕉是有名的热带、亚热带水果，是世界四大水果之一，栽培面积仅次于葡萄、相 枯，居世界第Ξ位，目前共有120多个国家和地区生产香蕉，其中大部分属于发展中国家。香 蕉，与许多水果蔬菜一样，从采收、运输、储藏、上架直到消费者手上，一直处于逐渐成熟过 程中。在运期间需要不时监测其成熟程度，W免造成浪费或提前将未成熟水果上架。而香蕉 在未成熟到成熟的过程中，它的颜色会慢慢的变化，并且未成熟和成熟后香蕉的颜色有很 大的差异。
[0003] 目前常用的香蕉成熟度检测方法有：目测法，即通过观察香蕉的外形(如硬度和外 形轮廓）W及颜色来判断香蕉的成熟程度;记日法，即根据香蕉的发育规律记录香蕉成长的 天数来判断香蕉的成熟度。而最近有用香蕉的气味指数及相关算法来进行香蕉成熟度检 巧。，也有通过研制出一种石英晶体微天平传感器来检查香蕉的成熟度，日立高新技术公司 研制的日立F-7000巧光分光光度计可W通过3D巧光光谱来检测香蕉的成熟度。
[0004] 现有的各种香蕉成熟度检测方法及技术中存在W下几个方面的缺陷：
[000引一、主观性较强，如目测法与记日法，且记日法需要记录长久的时间数据，不容易 头施。
[0006] 二、数据不易收集且算法不易实现，如根据香蕉的气味指数及相关算法进行香蕉 成熟度检测。
[0007] Ξ、成本过高，如通过研制石英晶体微天平传感器来检查香蕉的成熟度，与日立高 新技术公司的日立F-7000巧光分光光度计。 【实用新型内容】
[000引本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合 理、使用方便的便携式香蕉成熟度检测仪，通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成 熟度的检测，用颜色采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成 本，达到轻便可随身携带的效果。
[0009] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含检测器机体、液晶显示 屏、主控制器、颜色采集器、按键、传感器探头;检测器机体的内部设有主控制器，检测器机 体的外侧设有液晶显示屏，检测器机体的顶部设有颜色采集器和按键;所述的颜色采集器 的外部设有传感器探头;所述的颜色采集器、按键与主控制器连接，主控制器与液晶显示屏 连接。
[0010] 所述的传感器探头由黑色外壳、透明平板玻璃、散射滤光片、Lm)灯源、黑色内筒构 成；黑色外壳的内部设有透明平板玻璃，透明平板玻璃与黑色外壳的上部之间设有黑色内 筒，黑色内筒与黑色外壳的两侧壁之间设有散射滤光片;所述的颜色采集器设置在黑色内 筒内；所述的L邸灯源设置在散射滤光片的上部。
[0011] 所述的主控制器为单片机，如:STC89LE52，但不限于此型号。
[0012] 所述的颜色采集器为颜色传感器，如:TCS3414,但不限于此型号。
[0013] 所述的液晶显不屏为LCD'浓晶显不屏，如:LCD12864,但不限于此型号。
[0014] 本实用新型的工作原理：当按下开始检测的控制按键后，检测仪开始工作，颜色采 集器进行颜色的数据信号采集，并将采集到的颜色的RGB值存储在自带的寄存器中， STC89LE52单片机读取TCS3414颜色采集器中对应寄存器的RGB值，并对读取到的RGB值进行 处理，包括:将RGB值转换成XYZ颜色空间相应的值，再转换到Lab值;计算色调角h值;将此色 调角值代入成熟度模型中计算出最终的成熟度等级;最后将成熟度等级显示在LCD12864液 晶显不屏上。
[0015] 采用上述结构后，本实用新型有益效果为:本实用新型所述的一种便携式香蕉成 熟度检测仪，通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色采集器实 现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身携带的效 果，且具有结构简单、体积小、制作成本低等优点。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0017] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0018] 图2是本实用新型的硬件连接关系示意图。
[0019] 图3是本实用新型中传感器探头的结构示意图。
[0020] 附图标记说明：
[0021] 检测器机体1、液晶显示屏2、主控制器3、颜色采集器4、按键5、传感器探头6、黑色 外壳6-1、透明平板玻璃6-2、散射滤光片6-3、L邸灯源6-4、黑色内筒6-5。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。
[0023] 参看图1-图3所示，本【具体实施方式】采用的技术方案是:它包含检测器机体1、液晶 显示屏2、主控制器3、颜色采集器4、按键5、传感器探头6;检测器机体1的内部设有主控制器 3,检测器机体1的外侧设有液晶显示屏2,检测器机体1的顶部设有颜色采集器4和按键5;所 述的颜色采集器4的外部设有传感器探头6;所述的颜色采集器4、按键5与主控制器3连接， 主控制器3与液晶显示屏2连接。
[0024] 所述的传感器探头6由黑色外壳6-1、透明平板玻璃6-2、散射滤光片6-3、Lm)灯源 6-4、黑色内筒6-5构成；黑色外壳6-1的内部设有透明平板玻璃6-2，透明平板玻璃6-2与黑 色外壳6-1的上部之间设有黑色内筒6-5,黑色内筒6-5与黑色外壳6-1的两侧壁之间设有散 射滤光片6-3;所述的颜色采集器4设置在黑色内筒6-5内；所述的L抓灯源6-4设置在散射滤 光片6-3的上部。
[00巧]所述的主控制器为单片机3，如：STC89LE52，但不限于此型号其特征在于体积较 小，便于携带。
[00%]所述的颜色采集器4为颜色传感器，如:TCS3414，但不限于此型号。
[0027] 所述的液晶显不屏2为LCD'浓晶显不屏，如:LCD1286，但不限于此型号。
[0028]本【具体实施方式】的工作原理：当按下开始检测的控制按键5后，检测仪开始工作， 颜色采集器4进行颜色的数据信号采集，并将采集到的颜色的RGB值存储在自带的寄存器 中，STC89LE52单片机读取TCS3414颜色采集器4中对应寄存器的RGB值，并对读取到的RGB值 进行处理，包括:将RGB值转换成XYZ颜色空间相应的值，再转换到Lab值;计算色调角h值;将 此色调角值代入成熟度模型中计算出最终的成熟度等级；最后将成熟度等级显示在 LCD12864液晶显示屏2上。
[00巧]由于STC89LE52单片机具有36个I/O接口，足够满足TCS3414的4个I/O接口、 LCD12864的12个I/O接口和按键的一个I/O接口的接口需求。本设计的主要计算在于，将RGB 颜色值到ΧΥΖΞ刺激值的转换，再及Lab值的转换，进而进行色调角h的计算，最总通过色调 角计算出香蕉的成熟度等级，设及到的都是基本运算，故STC89LE52单片机的计算能力也足 够。由上所述，主控制器STC89LE52单片机能满足硬件需求。
[0030] 颜色采集器4中TCS3414颜色传感忍片能够准确地测量出不同光强下的色度，并W 16位分辨率输出，该器件拥有集8*2阵列的光学滤光片，模拟数字转换器和控制功能与一身 的CMOS集成电路，16个光学滤光片中，有4个红色滤光片，4个绿色滤光片，4个蓝色滤光片和 4个全通滤光片。
[0031] 由Ξ原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的Ξ原色的值，就能够知道所 测试物体的颜色，对于TCS3414来说，当选定一个颜色滤光片时，它只允许某种特定的原 色通过，阻止其他原色通过。例如：当选择红色滤光片时，入射光中只有红色可W通过， 蓝色和绿色都被阻止，运样就可W得到红色光的光强；同理，选择其他的滤光片，就可W 得到相应颜色光的光强，通过运Ξ个RGB颜色值，便可W分析反射到TCS3414传感器上的 光的颜色。
[0032] 测量物体表面颜色RGB值的过程中，在其他条件相同的情况下，光源照射强度对测 量值有很大的影响，要实现同一物体表面颜色的重复性测量，光源照射条件需稳定一致，由 于自然光源是不断变化的，故不能选择自然光源因此，选用4颗白色L邸灯源6-4作为照明光 源，通过黑色外壳6-1与外界自然光源隔开，W免外界光源对测量结果的影响。
[0033] 物体Ξ刺激值(tristimulus values)是物体表面引起人体视网膜对某种颜色感 觉的Ξ种原色的刺激程度之量的表示，在Ξ色系统中，用X(红原色刺激量）、Υ(绿原色刺激 量)和Ζ(蓝原色刺激量)表示，Ξ刺激值的计算是根据物体的光谱特性、CIE标准照明体及 标准观察者函数来计算。
[0034] 要实现RGB值到ΧΥΖ值的准确转换，即实现转换出的ΜΖ值与测量得到的RGB值表示 同一颜色(无色差），需要对设计中L邸照明光源下的颜色传感器进行特征化，即找到一个矩 阵模型，本设计中采用多项式建模的方法对颜色传感器进行特征化，用公式表示为:H=MP， 其中P为输入矩阵，Μ为3*m的转换矩阵(m为多项式项数），H为输出矩阵。当项数为3时，公式 可表示如下：
[0035]
[0036] 具体做法是借助GretagMacbeth 240 Color化eck色卡，并通过归化求解的方法求 出矩阵M。
[0037] 首先计算出240色卡中每个色块的MZ值，计算公式如下：
[00；3 引
[0039] 其中S(A)对光源的相对光谱功率分布(可用光谱福射度计测量得到），1讓戀为240 色卡中每个色块的光谱反射率(可用分光光度计测量得到），；g錢、髮綾K写?为光谱色Ξ 刺激值，2°视场时为CIE1931X^系统的标准观察者，10°视场时为CIE1964X^系统的标准观 察者。本设计中选择2°视场。要得到上式中的K值，则要根据光源的Υ=100利用下式进行反算
[0040]
[0041] 再将计算得到的240色卡中每个色块的ΧΥΖ值转换成Lab值，便于计算色差，转换公 式如下： .tip·' -古':''
[0047] 在得至U240色卡中每个色块的％梁務值后(此为真实峰壤毅值，记为輪辞義技皆），可 W随机初始化一个转换矩阵Μ，本设计中多项式项数选用20项，即m=20,故Μ为3*20矩阵。输 入项矩阵Ρ也为20项，具体如下：
[0048] [1 R G B RR GG BB RG RB GB RRR GGG BBB RRG RRB GGR GGB B服 BBG RGB]， 输入矩阵P为W上行向量的转置。
[0049] 初始化矩阵Μ后便可W得至Ij240色卡中每个色块ΧΥΖ的预测值，再根据W上计算Lab 值的公式计算出240色卡中每个色块Lab值的预测值，记为12班也^。再根据W下色差公式 计算出预测值与实际值的色差，
[(K)加 ]
[0051] 应用归化求解方法对系数矩阵Μ的值进行优化，当达到色差最小时即所需要的系 数转换矩阵。
[0052] 找到系数矩阵Μ后便可W对任意检测到的RGB颜色值进行转换，并最终得到颜色对 应的Lab值，通过计算色调角h，再带入到成熟度模型公式便能够得到相应的香蕉成熟度等 级。
[0053] 采用上述结构后，本【具体实施方式】有益效果为:本【具体实施方式】所述的一种便携 式香蕉成熟度检测仪，通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色 采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身 携带的效果，且具有结构简单、体积小、制作成本低等优点。
[0054] W上所述，仅用W说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对 本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的 精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种便携式香蕉成熟度检测仪，其特征在于：它包含检测器机体、液晶显示屏、主控 制器、颜色采集器、按键、传感器探头;检测器机体的内部设有主控制器，检测器机体的外侧 设有液晶显示屏，检测器机体的顶部设有颜色采集器和按键;所述的颜色采集器的外部设 有传感器探头;所述的颜色采集器、按键与主控制器连接，主控制器与液晶显示屏连接。2. 根据权利要求1所述的一种便携式香蕉成熟度检测仪，其特征在于:所述的传感器探 头由黑色外壳、透明平板玻璃、散射滤光片、LED灯源、黑色内筒构成；黑色外壳的内部设有 透明平板玻璃，透明平板玻璃与黑色外壳的上部之间设有黑色内筒，黑色内筒与黑色外壳 的两侧壁之间设有散射滤光片;所述的颜色采集器设置在黑色内筒内；所述的LED灯源设置 在散射滤光片的上部。3. 根据权利要求1所述的一种便携式香蕉成熟度检测仪，其特征在于:所述的主控制器 为单片机。4. 根据权利要求1所述的一种便携式香蕉成熟度检测仪，其特征在于:所述的颜色采集 器为颜色传感器。5. 根据权利要求1所述的一种便携式香蕉成熟度检测仪，其特征在于:所述的液晶显示 屏为IXD液晶显示屏。
【文档编号】G01N21/25GK205484016SQ201620248348
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】严旭, 刘小波, 崔桂华, 李长军, 阮秀凯, 蔡启博
【申请人】温州大学