一种水果新鲜度检测系统及方法

本发明涉及一种水果新鲜度检测系统和方法，具体为一种水果新鲜度检测系统及方法。

背景技术：

1、当前，水果新鲜度的评估通常依赖于人工的主观判断，这种方法容易受到个人经验和主观意见的影响，导致评估结果缺乏客观性和一致性。此外，传统的水果新鲜度检测方法通常无法提供实时的监测和准确的评估，给果蔬种植、采摘、运输和销售等环节带来了一定的挑战。

2、虽然在过去几年中，一些基于传感器技术的水果新鲜度检测方法得到了一定的发展，但仍存在一些挑战。传统的水果新鲜度检测系统往往复杂、昂贵，难以推广应用。同时，一些现有系统在数据处理和分析方面仍存在一定局限性，无法满足不同类型水果的准确评估需求。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术存在的不足，提供了一种水果新鲜度检测系统，所述水果新鲜度检测系统能够实时、准确地评估水果的新鲜程度。

2、本发明的第二个目的在于提供一种基于传感器技术和数据处理的水果新鲜度检测方法。

3、本发明解决上述技术问题的技术方案是：

4、一种水果新鲜度检测系统，包括传感器模块、处理单元和显示模块，其中，所述传感器模块用于实时监测水果环境温度、湿度和气味，该传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和气体传感器；所述温度传感器用于实时监测水果周围环境的温度，所述湿度传感器用于实时监测水果周围环境的湿度，所述气体传感器则用于实时监测水果释放的气味成分；所述显示模块用于直观展示水果的新鲜度评估结果。

5、优选的，所述处理单元包括主控处理芯片u1及其外围电路，其中，所述外围电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1和电容c2，其中，电阻r1的一端与3.3v电源连接，另一端则与所述主控处理芯片u1中的rst引脚连接；电阻r2的一端与3.3v电源连接，另一端则与所述主控处理芯片u1中的en引脚连接；电阻r3的一端与所述主控处理芯片u1中的io15引脚连接，另一端接地；电阻r4的一端与所述主控处理芯片u1中的io0引脚连接，另一端与3.3v电源连接；电阻r5的一端与所述主控处理芯片u1中的io2引脚连接，另一端与3.3v电源连接；所述主控处理芯片u1中的vcc引脚与3.3v电源连接，gnd引脚接地；电容c1和电容c2并联设置，且一端均与3.3v电源连接，另一端则接地。

6、优选的，所述传感器模块包括型号为bme688的传感器芯片u2以及上拉电阻r6和上拉电阻r7，其中，所述传感器芯片u2的vcc引脚与3.3v电源连接，gnd引脚接地，sck引脚和sda引脚分别与所述主控处理芯片u1中的io5引脚和io4引脚连接，用于实现与所述主控处理芯片进行i2c通讯，以实时获取温、湿度以及气味数据；上拉电阻r6和上拉电阻r7并联设置，其中，所述上拉电阻r6的一端与3.3v电源连接，另一端则连接在所述主控处理芯片u1中的io5引脚和所述传感器芯片中的sck引脚之间的线路上；所述上拉电阻r7的一端与3.3v电源连接，另一端则连接在所述主控处理芯片u1中的io4引脚和所述传感器芯片中的sda引脚之间的线路上。

7、优选的，还包括稳压模块，所述稳压模块用于输出3.3v电压，该稳压模块包括稳压芯片u3以及与所述稳压芯片u3连接的电容c3、电容c4、电容c5和电容c6，其中，所述稳压芯片u3采用型号为ams1117的稳压芯片。

8、优选的，所述显示模块包括显示芯片u4以及排阻r8,，其中，

9、所述显示芯片u4采用tft，该显示芯片u4中的nosi引脚、miso引脚、sclk引脚分别与所述主控处理芯片中的io14引脚、io12引脚、io13引脚连接，vcc引脚接地，vdd引脚接3.3v电源；

10、所述排阻r8的一端接3.3v电电源，另一端的四个引脚则分别与所述显示芯片u4中的cs引脚、nosi引脚、miso引脚、sclk引脚连接。

11、优选的，还包括云端上传模块，所述云端上传模块采用nb-iot芯片u5，所述nb-iot芯片u5中的txd引脚和rxd引脚分别与所述主控处理芯片u1中的rxd引脚和txd引脚连接。

12、一种基于传感器技术和数据处理的水果新鲜度检测方法，包括以下步骤：

13、s1：温度传感器、湿度传感器和气体传感器分别实时监测水果周围环境的温、湿度以及水果释放的气味成分，并将检测到的数据上传到处理单元中；

14、s2：所述处理单元接收到数据后，对数据进行处理，并通过其内置的水果新鲜度评估模型对水果的新鲜度进行评分，并输出给显示模块；

15、s3：所述显示模块中的显示界面显示出水果的新鲜程度评估结果。

16、优选的，在步骤s1中，对水果表面进行切割，通过图像识别模块对放置在相同环境中的不同时间内的水果切面进行荧光图像的采集，并将采集到的数据上传到处理单元中。

17、优选的，在步骤s2中，所述水果新鲜度评估模型的内储存有不同类型的水果的新鲜度评估标准，其中，每种水果的新鲜度评估标准的建立步骤包括以下两种方式：

18、(1)、利用k-means聚类算法对传感器模块监测到的数据进行最优化聚类，然后针对不同类别提取相应的气体指数范围作为新鲜度评分的标准；

19、(2)、利用matlab对荧光图像进行预处理以获得特征参数，所述预处理包括对荧光图像进行灰色处理并且提取纹理特征、形状特征及灰色均值、灰色方差；利用dbscan聚类算法对水果切面的荧光图像所提取的特征参数进行聚类分析。

20、优选的，在获得水果不同时间段的荧光图像和气体指数后，提取荧光图像的meangray参数，代入dbscan聚类算法中，利用轮廓系数和calinski-harabasz指数选取最佳半径和最少点数，同时得出聚类结果，以此计算出不同新鲜等级的气体指数范围，作为该种水果的新鲜度评价标准。

21、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

22、(1)本发明的水果新鲜度检测系统能够实时监测水果的环境温湿度和气味，提供准确的新鲜度评估，并通过云端存储和分析，为果蔬种植、采摘、运输和销售等各个环节提供有效的数据支持和管理保障。同时，本发明的水果新鲜度检测系统利用matlab建模分析的功能，能够不断优化系统的评估能力，适应更多水果种类的准确监测需求，为果蔬行业的发展带来积极的应用效果和社会价值。

23、(2)本发明的水果新鲜度检测系统能够实时、准确地评估水果的新鲜程度，并为果蔬行业提供一种高效、可靠的水果质量监测和管理解决方案，提高水果供应链的管理效率和产品质量控制水平，促进果蔬行业的可持续发展和竞争力提升。

技术特征：

1.一种水果新鲜度检测系统，其特征在于，包括传感器模块、处理单元和显示模块，其中，所述传感器模块用于实时监测水果环境温度、湿度和气味，该传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和气体传感器；所述温度传感器用于实时监测水果周围环境的温度，所述湿度传感器用于实时监测水果周围环境的湿度，所述气体传感器则用于实时监测水果释放的气味成分；所述显示模块用于直观展示水果的新鲜度评估结果。

2.根据权利要求1所述的水果新鲜度检测系统，其特征在于，所述处理单元包括主控处理芯片u1及其外围电路，其中，所述外围电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1和电容c2，其中，电阻r1的一端与3.3v电源连接，另一端则与所述主控处理芯片u1中的rst引脚连接；电阻r2的一端与3.3v电源连接，另一端则与所述主控处理芯片u1中的en引脚连接；电阻r3的一端与所述主控处理芯片u1中的io15引脚连接，另一端接地；电阻r4的一端与所述主控处理芯片u1中的io0引脚连接，另一端与3.3v电源连接；电阻r5的一端与所述主控处理芯片u1中的io2引脚连接，另一端与3.3v电源连接；所述主控处理芯片u1中的vcc引脚与3.3v电源连接，gnd引脚接地；电容c1和电容c2并联设置，且一端均与3.3v电源连接，另一端则接地。

3.根据权利要求2所述的水果新鲜度检测系统，其特征在于，所述传感器模块包括型号为bme688的传感器芯片u2以及上拉电阻r6和上拉电阻r7，其中，所述传感器芯片u2的vcc引脚与3.3v电源连接，gnd引脚接地，sck引脚和sda引脚分别与所述主控处理芯片u1中的io5引脚和io4引脚连接，用于实现与所述主控处理芯片进行i2c通讯，以实时获取温、湿度以及气味数据；上拉电阻r6和上拉电阻r7并联设置，其中，所述上拉电阻r6的一端与3.3v电源连接，另一端则连接在所述主控处理芯片u1中的io5引脚和所述传感器芯片中的sck引脚之间的线路上；所述上拉电阻r7的一端与3.3v电源连接，另一端则连接在所述主控处理芯片u1中的io4引脚和所述传感器芯片中的sda引脚之间的线路上。

4.根据权利要求3所述的水果新鲜度检测系统，其特征在于，还包括稳压模块，所述稳压模块用于输出3.3v电压，该稳压模块包括稳压芯片u3以及与所述稳压芯片u3连接的电容c3、电容c4、电容c5和电容c6，其中，所述稳压芯片u3采用型号为ams1117的稳压芯片。

5.根据权利要求4所述的水果新鲜度检测系统，其特征在于，所述显示模块包括显示芯片u4以及排阻r8,，其中，

6.根据权利要求5所述的水果新鲜度检测系统，其特征在于，还包括云端上传模块，所述云端上传模块采用nb-iot芯片u5，所述nb-iot芯片u5中的txd引脚和rxd引脚分别与所述主控处理芯片u1中的rxd引脚和txd引脚连接。

7.一种用于权利要求1-6任一项所述的水果新鲜度检测系统的水果新鲜度检测系统方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于传感器技术和数据处理的水果新鲜度检测方法，其特征在于，在步骤s1中，对水果表面进行切割，通过图像识别模块对放置在相同环境中的不同时间内的水果切面进行荧光图像的采集，并将采集到的数据上传到处理单元中。

9.根据权利要求8所述的基于传感器技术和数据处理的水果新鲜度检测方法，其特征在于，在步骤s2中，所述水果新鲜度评估模型的内储存有不同类型的水果的新鲜度评估标准，其中，每种水果的新鲜度评估标准的建立步骤包括以下两种方式：

10.根据权利要求9所述的基于传感器技术和数据处理的水果新鲜度检测方法，其特征在于，在获得水果不同时间段的荧光图像和气体指数后，提取荧光图像的meangray参数，代入dbscan聚类算法中，利用轮廓系数和calinski-harabasz指数选取最佳半径和最少点数，同时得出聚类结果，以此计算出不同新鲜等级的气体指数范围，作为该种水果的新鲜度评价标准。

技术总结
本发明公开了一种水果新鲜度检测系统及方法，其中，所述水果新鲜度检测系统包括传感器模块、处理单元和显示模块，其中，所述传感器模块用于实时监测水果环境温度、湿度和气味，该传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和气体传感器；所述温度传感器用于实时监测水果周围环境的温度，所述湿度传感器用于实时监测水果周围环境的湿度，所述气体传感器则用于实时监测水果释放的气味成分；所述显示模块用于直观展示水果的新鲜度评估结果。本发明的水果新鲜度检测系统能够实时、准确地评估水果的新鲜程度。

技术研发人员：李征明,徐昊,周鸿,许童羽,张大鹏
受保护的技术使用者：沈阳农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22