脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，包括：设有电源接口的DSP数据处理模块，串行通讯接口、网络通讯接口、存储设备接口分别和DSP数据处理模块连接，LCM显示模块和DSP数据处理模块连接，辅助控制模块、数据信息采集模块分别和DSP数据处理模块连接，光源模块分别和辅助控制模块、数据信息采集模块连接，无线电遥控模块（包括发送模块和接收模块）、定位传感模块分别和辅助控制模块连接。本发明所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，将现代肉类食品快速无损检测方法与嵌入式微控制器技术相结合，检测装置体积小，可脱机工作，便携性好，检测速度快，对被测样品无损，操作简便。
【专利说明】脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及食品检测、光学仪器、自动控制领域，具体说是脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置。
【背景技术】
[0002]随着社会经济不断进步，人们生活质量的不断提高，食品安全成为备受关注的热门话题。“瘦肉精”、“注水肉”、“有害细菌超标”等恶性肉类食品安全事故引发了人们对肉类食品安全的闻度关注。
[0003]肉类食品传统检测方法存在检测过程复杂、速度慢、效率低、对样品有破坏的问题，现代肉类食品快速无损检测方法较好的避免了传统检测方法的上述问题，但是，诸如核磁共振技术、高光谱成像技术、拉曼光谱技术等现代检测方法却存在检测仪器体积大、重量重、需联机工作、不方便携带的问题，这在一定程度上制约了其在肉类食品检测方面的推广应用。因此，研究开发一种小型、快速、无损、脱机便携的肉类食品检测装置具有重要意义。
[0004]微控制器(MCU)以其功能强、体积小、可靠性高、面向控制及价格低廉等一系列优点，已渗入到人们工作和生活的各个角落。微控制器主要用于输入输出控制，通常嵌入到某一具体的产品或装置。MCU的应用已从面向工业控制、通讯、智能仪表等迅速发展到面向家用消费产品、PC机外设以及网络通讯等广大的领域。一般MCU构成的嵌入式控制系统具有实时、快速的外部响应，能迅速采集到所需的数据，并在确定时间内做出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制。嵌入式微控制器应用系统大致可以分为:便携式数字产品和嵌入式测控产品。微控制器的诸多优点为开发脱机便携式检测装置提供了有利条件。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，将现代肉类食品快速无损检测方法与嵌入式微控制器技术相结合，检测装置体积小，可脱机工作，便携性好，检测速度快，对被测样品无损，操作简便。
[0006]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:
[0007]脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于，包括:
[0008]设有电源接口 18的DSP数据处理模块7，
[0009]串行通讯接口 10、网络通讯接口 9、存储设备接口 8分别和DSP数据处理模块连接，
[0010]LCM显示模块4和DSP数据处理模块连接，
[0011]辅助控制模块11、数据信息采集模块3分别和DSP数据处理模块连接，
[0012]光源模块2分别和辅助控制模块、数据信息采集模块连接，
[0013]无线电遥控模块、定位传感模块I分别和辅助控制模块连接，
[0014]所述无线电遥控模块包括:无线电遥控发送模块19，无线电遥控接收模块20。[0015]在上述技术方案的基础上，LCM显示模块4、数据信息采集模块3、光源模块2、定位传感模块1、无线电遥控发送模块19均设置在检测探头17上，
[0016]无线电遥控接收模块20、电源接口 18、DSP数据处理模块7、串行通讯接口 10、网络通讯接口 9、存储设备接口 8、辅助控制模块11均设置在控制系统单元6上，
[0017]检测探头17和控制系统单元6之间通过连接线缆5连接。
[0018]在上述技术方案的基础上，所述无线电遥控发送模块19设有以下用于向辅助控制模块11输入操控信号的按键:
[0019]“工作”按键13，
[0020]“白参考校准”按键14，
[0021]“黑参考校准”按键15;
[0022]所述控制系统单元6设有以下用于开启或停止控制系统的按键:
[0023]启动按键12。
[0024]在上述技术方案的基础上，检测探头17上设有指示灯16。
[0025]在上述技术方案的基础上，光源模块2为多波长LED点光源,包括若干不同波长的单色大功率LED,
[0026]光源模块2为数据信息采集模块3提供稳定的可见/近红外光源，光源模块2发出光的波长与畜肉品质指标的特征波长对应一致；
[0027]每个单色大功率LED，其发出的扩散光依次经过聚光和准直后，形成发散角小于2°的光束，光束照射在畜肉样品表面形成一个直径约为20mm的圆形光斑。
[0028]在上述技术方案的基础上，数据信息采集模块3为可见/近红外相机、摄像头、光谱仪中的任意一种或多种的组合。
[0029]在上述技术方案的基础上，LCM显示模块4实时显示畜肉品质检测结果，包括测得的畜肉品质各指标值和综合品质评价信息。
[0030]在上述技术方案的基础上，辅助控制模块11为单片机、ARM或DSP中的任意一种；
[0031]辅助控制模块11具有以下功能:
[0032]接收并响应无线电遥控模块输入的信号；
[0033]实时接收定位传感模块I发出的提示信号，并根据提示信号控制指示灯16的亮灭；
[0034]控制光源模块2中的单色大功率LED的点亮方式、点亮时间、点亮顺序和点亮频率；
[0035]辅助控制模块11对接收到的所有信息进行综合裁决，并将裁决命令通过I2C总线或SPI串行总线发送到DSP数据处理模块7。
[0036]在上述技术方案的基础上，定位传感模块I为距离传感器或接近开关，当其感应到的检测探头17位置信息与预设的位置信息一致时，向辅助控制模块11发送提示信号。
[0037]在上述技术方案的基础上，DSP数据处理模块7包括:
[0038]高性能的DSP处理器及周边电路，
[0039]DSP数据处理模块7具有以下功能:
[0040]I)植入畜肉品质指标的预测模型和判别模型；
[0041]2)接收数据信息采集模块3采集的数据信息，处理数据信息，计算畜肉品质指标的预测值，并分析和评价畜肉的综合品质；
[0042]3)控制LCM显示模块4实时显示测得的畜肉品质各项指标值和判别评价信息；
[0043]4)接收并响应辅助控制模块11发送的裁决命令信号；
[0044]5)通过串行通讯接口，将接收到的数据信息和检测结果发送到PC机或其他外设，实现数据保存备份，并可对检测结果进行统计分析；
[0045]6)通过网络通讯接口，将收到的数据信息和检测结果传输到远程电脑，实现数据保存备份和资源共享；
[0046]7)通过存储设备接口，将收到的数据信息和检测结果存储在外部存储设备中，实现数据保存备份。
[0047]本发明所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，将现代肉类食品快速无损检测方法与嵌入式微控制器技术相结合，检测装置体积小，可脱机工作，便携性好，检测速度快，对被测样品(生鲜畜肉样品)无损，操作简便。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]本发明有如下附图:
[0049]图1本发明结构原理图，
[0050]图2本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0051]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0052]如图1所示，本发明所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，包括:
[0053]设有电源接口 18的DSP数据处理模块7，
[0054]串行通讯接口 10、网络通讯接口 9、存储设备接口 8分别和DSP数据处理模块连接，
[0055]LCM显示模块4和DSP数据处理模块连接，
[0056]辅助控制模块11、数据信息采集模块3分别和DSP数据处理模块连接，
[0057]光源模块2分别和辅助控制模块、数据信息采集模块连接，
[0058]无线电遥控模块、定位传感模块I分别和辅助控制模块连接，
[0059]所述无线电遥控模块包括:无线电遥控发送模块19，无线电遥控接收模块20，其中，无线电遥控接收模块20和辅助控制模块直接连接。
[0060]在上述技术方案的基础上，LCM显示模块4、数据信息采集模块3、光源模块2、定位传感模块1、无线电遥控发送模块19均设置在检测探头17上，检测探头17为一手持式检测探头，
[0061]无线电遥控接收模块20、电源接口 18、DSP数据处理模块7、串行通讯接口 10、网络通讯接口 9、存储设备接口 8、辅助控制模块11均设置在控制系统单元6上，
[0062]检测探头17和控制系统单元6之间通过连接线缆5连接。所述连接线缆5包括数据线和电源线。
[0063]在上述技术方案的基础上，如图2所示，所述无线电遥控发送模块19设有以下用于向辅助控制模块11输入操控信号的按键:[0064]“工作”按键13，
[0065]“白参考校准”按键14，
[0066]“黑参考校准”按键15 ；
[0067]所述控制系统单元6设有以下用于开启或停止控制系统的按键:
[0068]启动按键12。
[0069]“工作”按键13、“白参考校准”按键14、“黑参考校准”按键15的信号经过无线电遥控接收模块20传递给辅助控制模块11 ;上述按键用于向辅助控制模块11输入操控信号，是人机交互的媒介。
[0070]启动按键12切断或闭合电源接口18的电力，实现开启或停止控制系统。
[0071]在上述技术方案的基础上，检测探头17上设有指示灯16。
[0072]在上述技术方案的基础上，光源模块2为多波长LED点光源,包括若干不同波长的单色大功率LED,
[0073]光源模块2为数据信息采集模块3提供稳定的可见/近红外光源，光源模块2发出光的波长与畜肉品质指标的特征波长对应一致。
[0074]在上述技术方案的基础上，每个单色大功率LED，其发出的扩散光依次经过聚光和准直后,形成发散角小于2°的光束,光束照射在畜肉样品表面形成一个直径约为20mm的圆形光斑。
[0075]在上述技术方案的基础上，数据信息采集模块3为可见/近红外相机、摄像头、光谱仪中的任意一种或多种(两种以上)的组合。
[0076]在上述技术方案的基础上，LCM显示模块4实时显示畜肉品质检测结果，包括测得的畜肉品质各指标值和综合品质评价信息。
[0077]在上述技术方案的基础上，辅助控制模块11为单片机、ARM或DSP中的任意一种；
[0078]辅助控制模块11具有以下功能:
[0079]接收并响应无线电遥控模块输入的信号；
[0080]实时接收定位传感模块I发出的提示信号，并根据提示信号控制指示灯16的亮灭；
[0081]控制光源模块2中的单色大功率LED的点亮方式、点亮时间、点亮顺序和点亮频率；
[0082]辅助控制模块11对接收到的所有信息进行综合裁决，并将裁决命令通过I2C总线或SPI串行总线发送到DSP数据处理模块7。
[0083]在上述技术方案的基础上，定位传感模块I为距离传感器或接近开关，当其感应到的检测探头17位置信息与预设的位置信息一致时，向辅助控制模块11发送提示信号。
[0084]定位传感模块I的作用是当检测探头17与样品接触时，避免检测装置在样品受压变形的情况下进行检测。
[0085]在上述技术方案的基础上，DSP数据处理模块7包括:
[0086]高性能的DSP处理器及周边电路，
[0087]DSP数据处理模块7具有以下功能:
[0088](I)植入畜肉品质指标的预测模型和判别模型；
[0089](2)接收数据信息采集模块3采集的数据信息，处理数据信息，计算畜肉品质指标的预测值，并分析和评价畜肉的综合品质；
[0090](3)控制LCM显示模块4实时显示测得的畜肉品质各项指标值和判别评价信息；
[0091](4)接收并响应辅助控制模块11发送的裁决命令信号；
[0092](5)通过串行通讯接口(串行通讯UART接口)，将接收到的数据信息和检测结果发送到PC机或其他外设，实现数据保存备份，并可对检测结果进行统计分析；
[0093]( 6 )通过网络通讯接口，将收到的数据信息和检测结果传输到服务器(远程电脑)，实现数据保存备份和资源共享；
[0094](7)通过存储设备接口，将收到的数据信息和检测结果存储在外部存储设备中(例如，存储设备接口为USB 口，外部存储设备为U盘；或存储设备接口为SD卡接口，外部存储设备为SD卡，等等)，实现数据保存备份。
[0095]以下为一具体例子。
[0096]按下启动按键12以启动检测装置，各个模块处于准备就绪状态。在检测装置开始进行一批畜肉样品品质检测之前，需要对检测装置进行黑参考校准和白参考校准(按下“黑参考校准”按键15、“白参考校准”按键14)。检测装置在检测一批畜肉样品时，需要在开始检测畜肉样品之前对装置进行黑参考校准和白参考校准，之后检测各个畜肉样品不需要再进行黑参考校准和白参考校准。
[0097]1、黑参考校准:
[0098]首先，用户将探头端盖盖于检测探头上，当定位传感模块感应到的检测装置的位置信息与预设的位置信息一致时，定位传感模块向辅助控制模块发送提示信号；辅助控制模块接收到提示信号，并确认每一个定位传感模块均已发出提示信号时，控制指示灯亮。
[0099]然后，用户在指示灯处于点亮的状态时，按下“黑参考校准按键”，辅助控制模块接收无线电遥控发送模块19输入的信号，控制光源模块处于关闭(LED灭)的状态，并向DSP数据处理模块发送“接收数据信息”的信号，DSP数据处理模块接收到信号后，及时接收数据信息采集模块当下采集的数据信息，并进行黑参考校准。
[0100]黑参考校准完成后，DSP数据处理模块控制LCM显示模块显示“黑参考校准完成”字样，以提示用户可进行下一步操作。
[0101]2、白参考校准:
[0102]黑参考校准完成后，首先，用户将探头端盖从检测探头上取下来，使检测装置的检测探头与一个标准参照白板贴合。当定位传感模块感应到的检测装置的位置信息与预设的位置信息一致时，定位传感模块向辅助控制模块发送提示信号；辅助控制模块接收到提示信号，并确认每一个定位传感模块均已发出提示信号时，控制指示灯亮。
[0103]然后，用户在指示灯处于点亮的状态时，按下“白参考校准按键”，辅助控制模块接收无线电遥控发送模块19输入的信号，控制光源模块处于开启(LED亮)的状态，并向DSP数据处理模块发送“接收数据信息”的信号，DSP数据处理模块接收到信号后，及时接收数据信息采集模块当下采集的标准参照白板的数据信息，并进行白参考校准。
[0104]白参考校准完成后，DSP数据处理模块控制LCM显示模块显示“白参考校准完成”字样，以提示用户可进行下一步操作。
[0105]3、畜肉样品检测:
[0106]白参考校准完成后，用户把标准参照白板移开，使检测装置的检测探头与畜肉样品表面贴合。当定位传感模块感应到的检测装置的位置信息与预设的位置信息一致时，定位传感模块向辅助控制模块发送提示信号；辅助控制模块接收到提示信号，并确认每一个定位传感模块均已发出提示信号时，控制指示灯亮。
[0107]然后，用户在指示灯处于点亮的状态时，按下“工作”按键13，辅助控制模块接收无线电遥控发送模块19输入的信号，控制光源模块处于开启(LED亮)的状态，并向DSP数据处理模块发送“接收数据信息”的信号，DSP数据处理模块接收到信号后，及时接收数据信息采集模块当下采集的畜肉样品的数据信息。
[0108]按下“工作”按键13，DSP数据处理模块对接收到的数据信息进行数据处理:
[0109]首先对数据进行去噪、平滑等预处理以消除基线漂移和噪音等的影响；然后提取有效信息，将有效信息代入到畜肉品质各指标对应的预测模型中，计算各指标的预测值?’最后，综合各指标的预测值，采用判别分析方法，对畜肉品质进行总体评价。 [0110]数据处理完成后，DSP数据处理模块控制LCM显示模块显示畜肉品质各指标的预测值和畜肉品质的综合评价信息，以及时向用户反馈畜肉品质的检测结果。
[0111]更进一步，当检测装置与外部存储设备相连接时，DSP数据处理模块通过存储设备接口将接收到的数据信息和检测结果保存到外部存储设备；
[0112]当检测装置与本地PC机连接时，DSP数据处理模块通过串行通讯接口将接收到的数据信息和检测结果发送至PC机；
[0113]当检测装置与服务器连接时，DSP数据处理模块通过网络通讯接口将接收到的数据信息和检测结果传输到服务器。
[0114]本发明所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，将数据采集与数据处理分析于一体，具有显示、通讯、存储功能。功能完善，使用方便、高效，针对性强，具有较高的集成性、实时性和智能性，可实现畜肉品质的快速无损检测。其具有以下优点:
[0115]1、本发明采用两个处理器(辅助控制模块11和DSP数据处理模块7)构成本发明的嵌入式控制系统，两个处理器分工协同工作，具有实时、快速的外部响应，能迅速采集畜肉样品的数据信息，并在确定时间内处理数据信息和输出检测结果。本发明由于嵌入式微控制器的诸多优点，使得本发明可脱机使用，方便携带，具备脱机便携的优点。
[0116]2、本发明中的光源模块为多波长LED点光源，由多个不同波长的单色大功率LED组成。LED发出光的波长与畜肉品质指标的特征波长对应一致。每一个LED发出的扩散光经过聚光和准直后，形成发散角小于2°的光束,光束照射在畜肉样品表面形成一个直径约为20mm的圆形光斑。
[0117]3、本发明中的数据信息采集模块为可见/近红外相机、摄像头、光谱仪中的任意一种或多种组合，可将多种信息融合，以提高检测精度。
[0118]4、本发明中的定位传感模块为距离传感器或接近开关，当其感应到的检测装置位置信息与预设的位置信息一致时，向辅助控制模块发送提示信号。它的作用是当检测装置与样品接触时，避免检测装置在样品受压变形的情况下进行检测。
[0119]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于，包括: 设有电源接口(18)的DSP数据处理模块(7)， 串行通讯接口(10)、网络通讯接口(9)、存储设备接口(8)分别和DSP数据处理模块连接， LCM显示模块(4)和DSP数据处理模块连接， 辅助控制模块(11)、数据信息采集模块(3)分别和DSP数据处理模块连接， 光源模块(2)分别 和辅助控制模块、数据信息采集模块连接， 无线电遥控模块、定位传感模块(1)分别和辅助控制模块连接， 所述无线电遥控模块包括:无线电遥控发送模块(19 )，无线电遥控接收模块(20 )。
2.如权利要求1所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:LCM显示模块(4)、数据信息采集模块(3)、光源模块(2)、定位传感模块(1)、无线电遥控发送模块(19)均设置在检测探头(17)上， 无线电遥控接收模块(20 )、电源接口( 18 )、DSP数据处理模块(7 )、串行通讯接口( 10 )、网络通讯接口(9)、存储设备接口(8)、辅助控制模块(11)均设置在控制系统单元(6)上， 检测探头(17)和控制系统单元(6)之间通过连接线缆(5)连接。
3.如权利要求2所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:所述无线电遥控发送模块(19 )设有以下用于向辅助控制模块(11)输入操控信号的按键: “工作”按键(13)， “白参考校准”按键(14)， “黑参考校准”按键(15); 所述控制系统单元(6)设有以下用于开启或停止控制系统的按键: 启动按键(12)。
4.如权利要求2所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:检测探头(17 )上设有指示灯(16 )。
5.如权利要求1或2或3或4所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:光源模块(2)为多波长LED点光源，包括若干不同波长的单色大功率LED， 光源模块(2 )为数据信息采集模块(3 )提供稳定的可见/近红外光源，光源模块(2 )发出光的波长与畜肉品质指标的特征波长对应一致； 每个单色大功率LED，其发出的扩散光依次经过聚光和准直后，形成发散角小于2°的光束，光束照射在畜肉样品表面形成一个直径约为20_的圆形光斑。
6.如权利要求1或2或3或4所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:数据信息采集模块(3)为可见/近红外相机、摄像头、光谱仪中的任意一种或多种的组合。
7.如权利要求1或2或3或4所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:LCM显示模块(4)实时显示畜肉品质检测结果，包括测得的畜肉品质各指标值和综合品质评价信息。
8.如权利要求1或2或3或4所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:辅助控制模块(11)为单片机、ARM或DSP中的任意一种； 辅助控制模块(11)具有以下功能:接收并响应无线电遥控模块输入的信号； 实时接收定位传感模块(I)发出的提示信号，并根据提示信号控制指示灯(16)的亮灭； 控制光源模块(2)中的单色大功率LED的点亮方式、点亮时间、点亮顺序和点亮频率；辅助控制模块(11)对接收到的所有信息进行综合裁决，并将裁决命令通过I2C总线或SPI串行总线发送到DSP数据处理模块(7)。
9.如权利要求1或2或3或4所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:定位传感模块(I)为距离传感器或接近开关，当其感应到的检测探头(17)位置信息与预设的位置信息一致时，向辅助控制模块(11)发送提示信号。
10.如权利要求1或2或3或4所述的脱机便携式生鲜畜肉品质快速无损检测装置，其特征在于:DSP数据处理模块(7)包括: 高性能的DSP处理器及周边电路， DSP数据处理模块(7)具有以下功能: . 1)植入畜肉品质指标的预测模型和判别模型； . 2)接收数据信息采集模块(3)采集的数据信息，处理数据信息，计算畜肉品质指标的预测值，并分析和评价畜肉的综合品质； . 3)控制LCM显示模块(4)实时显示测得的畜肉品质各项指标值和判别评价信息； . 4)接收并响应辅助控制模块(11)发送的裁决命令信号； . 5)通过串行通讯接口，将接收到的数据信息和检测结果发送到PC机或其他外设，实现数据保存备份，并可对检测结果进行统计分析； . 6)通过网络通讯接口，将收到的数据信息和检测结果传输到远程电脑，实现数据保存备份和资源共享； . 7)通过存储设备接口，将收到的数据信息和检测结果存储在外部存储设备中，实现数据保存备份。
【文档编号】G01N21/84GK103954621SQ201410130265
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】彭彦昆, 李翠玲, 汤修映 申请人:中国农业大学