夾持式蘋果霉心病檢測裝置設計.pdf

1、蘋果種植在我國水果產(chǎn)業(yè)體系中占有非常大的比重，據(jù)統(tǒng)計，2015年中國蘋果種植面積3500萬畝左右，產(chǎn)量達3968.4萬噸，占世界蘋果產(chǎn)量的50％以上。但是由于蘋果霉心病等病害的影響，我國蘋果的整體質(zhì)量不高，調(diào)查顯示，2013-2014年陜西、山西等蘋果產(chǎn)區(qū)蘋果采前落果非常嚴重，每畝落果高達1000-2000斤，造成了巨大的經(jīng)濟損失。目前針對這一產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，相關(guān)學者開展了大量的蘋果霉心病無損檢測技術(shù)研究，取得了一定的研究成果。其中基于可見/

2、近紅外光譜的無損檢測技術(shù)為最主要的一種檢測方式，但是目前的研究成果多數(shù)尚處于實驗室階段，成本高昂且難以大量投入使用，對于蘋果產(chǎn)中的霉心病無損檢測研究涉及甚少。本文基于窄帶LED光源的透射光譜檢測原理，設計了一種以MSP430為核心的夾持式蘋果霉心病檢測設備，以雙特征波長的透射光強度建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的蘋果霉心病判別模型，可用于蘋果產(chǎn)中和采后的霉心病無損檢測，為不同區(qū)域蘋果霉心病發(fā)病狀況的調(diào)查及蘋果分類采收提供了一種可行的解決方案，有

3、利于蘋果生產(chǎn)過程中對霉心病針對性的前期防治。本文完成的主要工作及取得的結(jié)論如下:
　　(1)分析了蘋果霉心病的發(fā)病特征，確定了透射光譜檢測的檢測方式。根據(jù)光譜透射中光的吸收理論，確定了透射光強度的影響因子為蘋果果徑和霉心病病變物質(zhì)?；谔O果可見/近紅外透射光譜采集平臺采集的透射光譜，結(jié)合蘋果的霉心病發(fā)病狀況和蘋果直徑，利用MATLAB相關(guān)性分析提取了與蘋果霉心病相關(guān)系數(shù)最大的特征波長為700nm～720nm，同時考慮到蘋果直徑大小

4、對透射光光程的影響，提取出了與蘋果直徑最相關(guān)的特征波段800nm～820nm作為夾持式蘋果霉心病檢測設備的參考波段。
　　(2)設計實現(xiàn)了夾持式蘋果霉心病檢測設備的整體機構(gòu)。設備由夾持檢測機構(gòu)和手動控制閘通過連接桿連接組成。夾持檢測機構(gòu)設計為兩個半球狀爪，球型爪上分別搭載LED光源和光電檢測傳感器，球型爪閉合時光源與光電傳感器位置固定，保證光源發(fā)射的光透過蘋果后被光電檢測傳感器垂直接收;手動控制閘用于控制夾持檢測機構(gòu)的開閉狀態(tài)，整

5、體機械結(jié)構(gòu)為蘋果霉心病檢測提供了載體。
　　(3)設計實現(xiàn)了夾持式蘋果霉心病檢測設備的硬件電路和軟件程序?；谒x蘋果霉心病的相關(guān)特征波段和參考波段，分別選用了中心波長為710nm和810nm的窄帶LED作為檢測光源，結(jié)合FDS1010光電檢測傳感器和ADS1115采樣模塊，完成了以MSP430單片機為核心處理器的硬件電路設計，并根據(jù)MSP430開發(fā)平臺設計了設備的軟件運行流程，實現(xiàn)了設備的透射光強檢測。
　　(4)建立了基

6、于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的扶風富士蘋果霉心病判別模型。通過搭建的夾持式蘋果霉心病檢測設備，采集了試驗蘋果的雙波段透射光的強度，利用MATLAB軟件訓練出滿意的神經(jīng)網(wǎng)絡，導出BP網(wǎng)絡的權(quán)值矩陣和閾值矩陣，結(jié)合中間變量，根據(jù)網(wǎng)絡傳遞函數(shù)換算出可用于MSP430單片機的蘋果霉心病判別公式。利用搭建的夾持檢測裝置，對扶風45個富士樣本進行霉心病判別準確率測試，其中霉心病果判別準確率為77.8％，整體判別準確率為88.9％。
　　(5)測試了夾持式蘋