一种用于水果生产线上损伤位置检测的电子球的制作方法

本发明涉及水果损伤检测，尤其是涉及一种用于水果生产线上损伤位置检测的电子球。

背景技术：

水果采收后需要经过装箱、运输、分级、包装等一系列过程，在这些过程中水果极易发生冲击碰撞，从而造成水果产生损伤。在水果生产线上，如果能检测出发生这些冲击碰撞的位置，并优化发生冲击位置的机械机构或增加保护措施，从而可以大大降低水果发生损伤的概率。

电子球制作成类似水果的形状，并模拟水果在生产线上与真实的水果一起进行运动，它能记录运动过程中的加速度情况，从而得到水果发生损伤的情况。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于水果生产线上损伤位置检测的电子球，以实现水果在生产线上可能发生损伤位置的检测。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括：球体、电路系统和基于labview的信号实时采集和存储系统；所述球体，由上半球体和下半球体连接而成，下半球体内装有放置电路系统的固定板，电路系统与球体外的基于labview的信号实时采集和存储系统进行无线通信。

所述电路系统，包括：控制模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块；传感器模块和无线通信模块与控制模块通过i²c连接，电源模块分别给控制模块、传感器模块和无线通信模块供电，所有模块均连接到pcb板上。

所述基于labview的信号实时采集和存储系统，包括：可视界面和程序界面，基于labview的信号实时采集和存储系统能实现球体运动的加速度信息无线、实时地传送到系统的可视界面上，并将采集到的信号以文件的形式储存在上位机；其中数据储存功能体现在系统的程序界面中。

所述系统的可视界面，包括：基本参数设置模块、控制操作模块、数据实时显示模块和曲线实时显示模块；其中：

基本参数设置模块，用于基本参数的设置以保证软件与设备的正常通信，包括：串口设置、波特率设置、数据位设置、奇偶位设置、停止位设置和控制流设置；

操作控制模块，用于控制软件运行的开始和结束，包括：开始按钮和停止按钮；

数据实时显示模块，能直观地显示采集的各个数据，包括：字符串显示、x轴加速度显示、y轴加速度显示、z轴加速度显示和总加速度显示；

曲线实时显示模块，能将采集到的数据转化成曲线形式，包括：各轴加速度曲线图和总加速度曲线图；其中数据储存功能体现在系统的程序界面中。

所述控制模块，采用处理器核心为atmega168的arduinopromini，arduinopromini同时具有14路数字输入/输出口，其中6路作为pwm输出，6路模拟输入，一个8mhz的晶体谐振，一个复位按钮，控制模块工作电压为3.3v。

所述传感器模块，用于测量球体运动过程中的冲击加速度，其中的三轴加速度计采用的是ad公司的adxl375，能够在±200g满量程范围内连续测量撞击或冲击的持续时间和幅度，而不出现饱和；在高达1600hz的全带宽条件下，传感器功耗为140μa，功耗不到其他传感器的一半，而采样速率却是其两倍。

所述无线通信模块，采用美国digi公司xbee型号的zigbee模块，它是一种远距离低功耗的数传模块，频段有2.4g，900m，868m三种,同时能兼容802.15.4协议。

所述电源模块采用3.7v，1000mah的锂电池，这个锂电池能通过充电器进行充电。

所述pcb板上焊接了四个排母组，用于连接控制模块的控制模块排母组，用于连接传感器模块的传感器模块排母组，用于连接无线通信模块的无线通信模块排母组，用于连接电源模块的电源模块排母组；所述四个排母组分别与4个模块上焊接的排针相连，因此这4个模块均可拆卸，其中控制模块在pcb板上的可拆卸性使得控制器具有可再编程的功能；pcb板上开有pcb板第一安装孔、pcb板第二安装孔和pcb板第三安装孔，这三个孔分别通过自攻螺钉与下半球体中的各自圆柱pcb板第一固定圆柱、pcb板第二固定圆柱和pcb板第三固定圆柱相连，从而将pcb板固定在下半球体中。

本发明具有的有益效果是：

1)本发明可用于苹果、梨、柑橘类、西红柿等水果在生产线上可能发生损伤位置的检测。

2)本发明用于检测水果在生产线上可能发生损伤的位置，通过优化生产线上的机械机构或增加保护措施，来降低水果在生产线上发生的损伤情况。

3)本发明机构简单、功能完善、性能稳定，能够高效直观地检测损伤发生的情况，从而极大地降低水果产业中的经济损失。

附图说明

图1是本发明工作过程示意图。

图2是本发明的球体结构示意图。

图3是本发明的电路原理图。

图4是本发明的pcb板结构图。

图5是本发明基于labview的信号实时采集与存储系统的可视界面。

图中：1、球体，2、电路系统，3、基于labview的信号实时采集和存储系统，4、天线，5、天线，6、水果生产线、7、上半球体，7-1、螺纹，7-2、上半球空心部分，8、下半球体，8-1、螺纹，8-2、固定板，8-3、pcb板第一固定圆柱，8-4、pcb板第二固定圆柱，8-5、pcb板第三固定圆柱，8-6、下半球空心部分，9、控制模块，10、传感器模块，11、无线通信模块，12、电源模块，13、pcb板，13-1、控制模块排母组，13-2、无线通信模块排母组，13-3、传感器模块排母组，13-4、电源模块排母组，13-5，pcb板第一安装孔，13-6，pcb板第二安装孔，13-7，pcb板第三安装孔，14、基本参数设置模块，14-1、串口设置，14-2、波特率设置，14-3、数据位设置，14-4、奇偶位设置，14-5、停止位设置，14-6、控制流设置，15、操作控制模块，15-1、开始按钮，15-2、停止按钮，16、数据实时显示模块，16-1、字符串显示，16-2、x轴加速度显示，16-3、y轴加速度显示、16-4、z轴加速度显示，16-5、总加速度显示，17、图形实时显示模块，17-1、各轴加速度曲线图，17-2、总加速度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括：球体1、电路系统2和基于labview的信号实时采集和存储系统3；所述球体1，由上半球体7和下半球体8连接而成，两个半球体之间通过螺纹7-1和8-1连接而成，自此得到一个完整的无线电子球，其中螺纹类型是55°密封锥管螺纹。下半球体8内装有放置电路系统2的固定板8-2，上半球体7和下半球体8的空心部分都填充有与水果重量相当的材料；电路系统2与球体1外的基于labview的信号实时采集和存储系统3分别通过天线4和天线5进行无线通信。将电子球放到水果分级生产线6上，使其随着真实的水果在生产线6上进行运动，电子球能测量x轴、y轴和z轴的加速度，并将信号无线实时地传送到上位机上，基于labview的信号实时采集与存储系统3能实时显示与存储信号，从软件界面上能直观地找到冲击加速度较大的位置，通过对这些位置的优化从而减少水果在生产线上的损伤。

如图3所示，所述电路系统2，包括：控制模块9、传感器模块10、无线通信模块11和电源模块12；传感器模块10和无线通信模块11与控制模块9通过i²c连接，电源模块12分别给控制模块9、传感器模块10和无线通信模块11供电，所有模块均连接到pcb板13上。

如图5所示，所述基于labview的信号实时采集和存储系统3包括：可视界面和程序界面，基于labview的信号实时采集和存储系统3能实现球体运动的加速度信息无线、实时地传送到系统的可视界面上，并将采集到的信号以文件的形式储存在上位机；其中数据储存功能体现在系统的程序界面中。

如图5所示，所述系统的可视界面，包括：基本参数设置模块14、控制操作模块15、数据实时显示模块16和曲线实时显示模块17；其中：

基本参数设置模块14，用于基本参数的设置以保证软件与设备的正常通信，包括：串口设置14-1、波特率设置14-2、数据位设置14-3、奇偶位设置14-4、停止位设置14-5和控制流设置14-6；

操作控制模块15，用于控制软件运行的开始和结束，它包括：开始按钮15-1和停止按钮15-2；

数据实时显示模块16，能直观地显示采集的各个数据，它包括：字符串显示16-1、x轴加速度显示16-2、y轴加速度显示16-3、z轴加速度显示16-4和总加速度显示16-5；

曲线实时显示模块17，能将采集到的数据转化成曲线形式，从而使得数据特征更加直观，它包括：各轴加速度曲线图17-1和总加速度曲线图17-2；其中数据储存功能体现在系统的程序界面中。

所述控制模块9，采用处理器核心为atmega168的arduinopromini，arduinopromini同时具有14路数字输入/输出口，其中6路作为pwm输出，6路模拟输入，一个8mhz的晶体谐振，一个复位按钮，控制模块工作电压为3.3v。

所述传感器模块10，用于测量球体运动过程中的冲击加速度，其中的三轴加速度计采用的是ad公司的adxl375，它具有同类最高带宽和最低功耗，adxl375三轴加速度计能够在±200g满量程范围内连续测量撞击或冲击的持续时间和幅度，而不出现饱和；在高达1600hz的全带宽条件下，传感器功耗为140μa左右，功耗不到其他传感器的一半，而采样速率却是其两倍以上。adxl375适用于低功耗、电池供电的无线传感器系统，而这样的系统可用于冲击和震荡检测、运输、资产跟踪以及容易突然受到巨力影响的其他应用。

所述无线通信模块11，采用美国digi公司xbee型号的zigbee模块，它是一种远距离低功耗的数传模块，频段有2.4g，900m，868m三种,同时能兼容802.15.4协议。

所述电源模块12采用3.7v，1000mah的锂电池，这个锂电池能通过充电器进行充电，因此可反复利用。

所述pcb板13上焊接了四个排母组，用于连接控制模块9的控制模块排母组13-1，用于连接传感器模块10的传感器模块排母组13-2，用于连接无线通信模块11的无线通信模块排母组13-3，用于连接电源模块12的电源模块排母组13-4；所述四个排母组分别与4个模块上焊接的排针相连，因此这4个模块均可拆卸，其中控制模块9在pcb板上的可拆卸性使得控制器具有可再编程的功能。pcb板13上开有pcb板第一安装孔13-5、pcb板第二安装孔13-6和pcb板第三安装孔13-7，这三个孔分别通过自攻螺钉与下半球体8中的各自圆柱pcb板第一固定圆柱8-3、pcb板第二固定圆柱8-4pcb板第三固定圆柱8-5相连，从而将pcb板13固定在下半球体8中。

本发明的工作过程如下：

如图4所示，打开基于labview的信号实时采集与存储系统3，串口设置14-1为com3，波特率设置14-2为38400，数据位设置14-3为8，奇偶位设置14-4为none，停止位设置14-5位1，控制流设置13-6为none。

将电子球放到一条水果生产线6上，使其随着真实的水果在生产线上进行运动。与此同时，将运动过程用摄像机拍摄下来。

在电子球开始运动的同时在基于labview的信号实时采集与存储系统3中点击开始按钮15-1。此时无线电子球与上位机上的信号实时采集与存储系统进行无线通信，数据实时显示模块16的可视界面上的字符串显示16-1显示无线传输过来的字符串，x轴加速度显示16-2显示x轴的加速度值，y轴加速度显示16-3显示y轴的加速度值，z轴加速度显示16-4显示z轴的加速度值，总加速度显示16-5显示总的加速度值，各轴加速度曲线图17-1显示三个轴的加速度曲线图，总加速度曲线图17-2显示总加速度曲线图。当电子球走完整条生产线后，点击停止按钮15-2，所有的加速度数据将会被以文本文件的形式自动储存在上位机中。

如图5所示，从总加速度曲线图17-2中的总加速度曲线中可以明显看出产生的较大的总加速度的点，在图中找出这些点对应的时间，根据这些时间点在拍摄下来的视频中找出电子球在生产线上所处的位置，自此即找到了生产线上可能发生损伤的位置。后续通过优化这些位置的机械结构或增加保护措施，可以大大降低水果在水果生产线6上的损伤，从而极大地减少水果产业中的经济损失。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。