[发明专利]一种基于光电检测原理与移动端蓝牙通信技术的红富士苹果糖度无损测量装置

权利要求书

1.一种基于光电检测原理与移动端蓝牙通信技术的红富士苹果糖度无损测量装置，其主要方案包括：

使用价格成本低廉的嵌入式设备，提出并制作出一款可以利用手机APP蓝牙客户端与装置外围OLED液晶显示屏同步显示红富士苹果糖度值的无损糖度计，并对其机械结构、硬件电路、预测模型、控制程序进行设计优化，旨在实现低功耗、快速和低成本的苹果糖度无损检测新思路；具体硬件利用STM32F103C6T6主控与HC-05蓝牙模块分别进行总控、数据处理与串口通信，利用SFH325FA光电三极管与10mw红外激光管进行苹果内部品质数据采集；软件利用Mathematica进行实验数据的分析与预测模型的建立，利用keil5MDK进行嵌入式设备(STM32与HC-05)与系统的程序设计，利用Solidworks进行外观设计，利用AppInventor2进行智能手机客户端的软件编程设计；利用智能手机APP可实现蓝牙在线显示糖度预测值；当糖度计待机或长时间未工作时，可手动或自动进入节电模式；综上，利用近红外光谱技术与光电检测技术可以对苹果糖度水平进行高精度实时预测，并且经标准值-误差方差计算后精度可达0.0001。

2.根据权利要求1所述的方案，其特征在于，针对此研究方案的模型如下：

糖度值f与测量电压x的关系式：f＝15.97022876-9.737946554*x+6.2302555049367*(x^2)。

3.根据权利要求1或2的描述，摘选方案执行关键步骤如下：

步骤五、进行前期器件选型与电路设计：使用10mw红外激光管作为光源发送部，SFH325FA光电三极管作为漫透射光接收端；利用STM32F103C6T6进行程序存储与运算控制，HC-05进行串口通信，OLED显示屏实时显示预测糖度值；利用美国国家仪器(NI)公司的Multisim14.0进行整流与滤波电路的设计验证；利用Altium公司的Altium Designer21软件进行PCB布线与嵌入式集成原理图设计；

步骤六、在印制PCB电路板之前将上述步骤所得主控制部分进行实验室初步验证并同步修改优化设计文件，使之达到设计要求：按照电路设计图搭建前期仿真面包板电路并连接好外部附件(激光管探头、光电三极管、跳线OLED显示屏等)，使用5V移动电源和12V双电源对其供电，电路板输出端连接移动万用表；将探头横截面与待测苹果表面放置相切，接收头在距离激光管探头不太远的地方与苹果表面放置相切；在苹果表面滑动激光管探头，保持其与苹果表面紧密贴合；若移动万用表有实时变化的示数，则电路功能良好；进一步观察OLED液晶显示屏的UI界面，若正常发亮，并且HC-05蓝牙模块指示灯闪烁，则总电路完备；

步骤九、糖度预测模型的建立：采用PLS最小二乘算法对上述数据输入WolframMathematica 12.2软件中进行回归分析，拟合数值曲线；经反复优化与验证，发现二次曲线的拟合效果最佳；并获得糖度值f与测量电压x的关系式：f＝15.97022876-9.737946554*x+6.2302555049367*(x^2)；

步骤十二、外壳3D打印与模块化组装：将储存的.STL文件利用3D打印专用软件Rhino进行3D打印后洗净模块素模并晾干；用热熔胶粘接各模块，在表面粘贴装饰与说明印刷包装，并同时粘贴苹果糖度质量参考对照表；在苹果放置区进行黑色绝缘胶布处理并胶合黑色记忆海绵与黑色尼龙布，以防止环境自然光的反射对光电三极管采集精确度的影响；

步骤十三、智能手机端APP蓝牙串口通信的实现：利用美国麻省理工学院(MIT)开发的Scratch架构的MIT APP Inventor 2进行手机蓝牙客户端编程设计，可集实现UI界面、开机启动页、客户端主要功能与蓝牙通信于一体，在用户不具备Java script语言基础的情况下仍能方便上手、灵活编程；同时调用Baidu公司果蔬识别的API接口实现富士苹果种类的鉴别；利用MIT APP Inventor 2编写的糖度实时显示APP应用程序连接蓝牙并与硬件糖度检测装置匹配后可显示与语音播报当前设备连接状态、待测苹果品种与其实时糖度值，应用程序的加入可使得用户只需经由串口通信协议连接糖度检测装置即可随时随地获取红富士苹果的糖度预测值，为本发明的最大创新点。