[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

说明书

本发明涉及一种综合运用光电检测与嵌入式技术并可进行智能手机终端通信的苹果糖度无损测量装置，尤其是针对富士系的果品质量检测并提出了装置的具体制造方法与细节实现过程。其整体以检测+控制盒式一体化的方式实现原理，并可通过特定蓝牙模块进行智能手机无线信息传输。其核心结构部分为激光源与漫反射光接收近红外三极管组成的光电检测模块、整流滤波器、STM32F1主控芯片、供电源、以及蓝牙通讯模块等，并配套相应的移动端。利用10mw红外激光管照射果品表面，在贴附的相邻位置处接收光信号并拟合模型f＝15.97022876‑9.737946554*x+6.2302555049367*(x^2)进行预测，利用卡尔曼滤波器进行多个环境参量的联合调制，使得糖度检测值更准确。装置受环境光影响误差小，设备简便廉价易生产。

技术领域

本产品涉及农产品可溶性固体物含量检测、果品甜度检测、光电传感器检测技术领域，涉及一种基于光电检测分析原理的富士苹果的内部品质检测方法。特别是红富士苹果的糖度检测方法。

背景技术

我国的苹果种植业尤为发达，陕西省洛川县、山东省烟台市等地区种植的富士苹果个头硕大、果实饱满、口感甜脆，为拉动我国苹果产业发挥出主力军的作用。我国其他各地也均有本地种植的富士苹果，使得我国年收获量位列世界第一。然而，我国苹果产业依旧存在产出大质量良莠不齐的现象。

苹果的商业竞争已由单一的价格竞争上升到价格、质量、品质与安全的综合竞争。尤其是品质与安全方面，是当下消费者最为关心的问题，这关系到一类苹果的市场前景与果品种植业的行业动向。分辨一个苹果的品质优劣常分为外部品质评价与内部品质评价方法。外部品质评价常通过对苹果外观的对称性、完整性、饱和度、表皮褶皱度以及是否有溃烂及虫蛀部分等评价方式。而内部苹果的品质评价方法常常取决于可溶性固体物含量(糖度，英文名为Brixs％)大小来评价。不同种类的苹果有不同的含量标准指标，然而在可溶性固体物含量达标的前提下，通常苹果的糖度值越大，其品质越佳。对于果农而言，选择糖度相对指标较大的苹果去出售往往能获取更大的经济收益，对带动农户生产积极性、提高区域苹果种植业发展，拉动我国农业农村现代化建设有着大的裨益。此外，选择合理糖度范围内的苹果，使糖尿病患者也能像正常人一样食用苹果，有助于提高糖尿病患者的生存质量与治疗积极性。基于商业与可持续发展的要求使得对苹果内部品质的测量需要采用无损伤的检测办法。因此，研究一种实时、迅捷、非破坏性的苹果糖度测量方法是十分必要的。

光电检测技术是利用光电传感器为检测主体，辅以处理通路进行光谱信号的电信号转换。基本原理是以量子光电效应为基础，把待测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光感、光敏等光电元件进一步将非电信号转换成电信号，利用数字信号处理(DSP)技术整合成可视化的物理现象，再输入计算系统进行迭代运算实现信号的调制与解调，从而使工程师获取信息。光电检测方法具有测量精度高、响应迅捷、信号失真小等优点，并且由于光电传感器一般外形较小，结构简单，可嵌入在各种仪器仪表中。因此，光电传感技术是过程控制和产品检测行业应用十分广泛的方法。

近红外光谱检测技术是分析化学领域发展产生的高新技术，是利用波长为700～1100nm的电磁波谱来分析样品的结构和组成等信息，从而实现样品的无损检测。具有操作简单、检测迅速等优点，该技术在果蔬内部品质检测中有许多优势，已知碳氢化合物(糖、水、维生素等)在近红外波段有不同的吸收峰，基于这一理论基础可以建立许多相关模型服务于各项研究，本发明基于最小二乘法(PLS)与嵌入式系统和智能手机APP的数据处理通信实现苹果糖度测量。

漫反射是指光在被照射物内部进行无规则反射传播的现象，其根据接收器距离的远近可细分为漫反射与漫透射。在生活观察中我们发现，用一只任意光源发生器(手电筒等) 照射苹果表面，会在苹果表面某点出现光斑，这便可以证明光透射(反射)出苹果。因此，本发明中利用一对一收一发的光电传感器进行可见光与红外光的发射与接收。

串口蓝牙通讯是基于SPP协议(Serial Port Profile)的移动端通讯技术，能在可支持蓝牙(Bluetooth)技术的设备之间创建串口进行数据传输。并保证产生一条或多条完整的通信路径。