基于光谱指数的便携式蜜橘成熟度检测研究

发布时间：2020-10-08 16:27

　　我国是盛产蜜橘的国家之一,出口量逐年上升,近年来蜜橘更是远销东南亚、中东、欧盟等地区。蜜橘以其味甘甜如蜜而得名,营养丰富,可以预防多种疾病。然而目前蜜橘成熟度是通过有经验的果农来判断的,这种方法会因为个体经验不一样导致进入市场的蜜橘成熟度不一,不便于蜜橘的运输、储藏和销售,降低了其市场竞争力,很大程度上影响了我国蜜橘的出口。近年来应用于检测水果成熟度的方法有声学检测、近红外光谱无损检测、高光谱检测、电子鼻检测等方法,但是这些方法的检测系统复杂、体积庞大、价格昂贵、操作不便。因此,研究一种系统简单、准确可靠、操作方便以及成本低的蜜橘成熟度检测装置有重要意义。研究的主要内容及结论如下:(1)基于理化特性的蜜橘成熟度评价指标对比分析。研究以2016年9月-11月的蜜橘为研究对象,采用统计法分析蜜橘的重量、横径、纵径、叶绿素、可溶性固形物、酸度、色差、可溶性固形物与酸度的比值(固酸比)、叶绿素比可溶性固形物、叶绿素比酸度以及叶绿素与固酸比的比值的平均值和偏差的变化,结果表明叶绿素、叶绿素比可溶性固形物和叶绿素与固酸比的比值这三种参数适合作为蜜橘成熟度评价指标。(2)蜜橘可见/近红外光谱特性分析。通过分析6个采收期的平均光谱随采收期的变化特点,结果显示蜜橘的可见/近红外光谱的波峰波谷的形成与叶绿素的吸收波段有关,并获得四个特征波长分别为649nm、672nm、724nm、1100nm。又进一步分析光谱的变异系数,结果显示不同采收期的蜜橘可见/近红外光谱的变异系数在670nm波长处的值最大,而这个波长正是叶绿素的吸收波峰。(3)基于光谱指数的蜜橘成熟度评价指数对比分析。将上述获得的四个特征波长采用光谱指数构建方法构建6种蜜橘成熟度评价指数,采用相关系数对比分析这6种蜜橘成熟度评价指数,结果显示R(649nm)+R(724nm)与R(672nm)+R(1100nm)的相关系数最高为0.9916,因此选用其作为最佳蜜橘成熟度评价指数。(4)基于可见/近红外光谱蜜橘成熟度评价模型建立与验证。结合蜜橘成熟度评价指标和最佳蜜橘成熟度评价指数建立线性回归模型,结果显示以叶绿素作为蜜橘成熟度评价指标的模型效果最好,其建模集相关系数和预测集相关系数分别为0.98和0.96,建模和预测均方根误差为0.49和0.59,建模和预测偏差为-6.1×10~(-8)和-0.014,建模集和预测集线性回归方程分别为y=0.95x+0.016和y=0.91x+0.032。(5)基于单片机的蜜橘成熟度检测系统。该系统由650nm和724nm波长灯珠、STC89C52单片机、硅光电池、AD7705模块和PC机组成。以2017年9月-11月的蜜橘为研究对象,采用该系统测量不同采收期的蜜橘在两个不同波长的光照下硅光电池所输出的电压值。最后以测量的电压值的比值与叶绿素建立线性回归方程,结果显示模型的建模集相关系数与预测集相关系数分别为0.77和0.75,建模均方根误差与预测集均方根误差分为3.7和3.8。建模集的线性回归方程为y=0.768x+1.865,预测集的线性回归方程为y=0.775x+2.432。
【学位单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S666
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号说明
第一章绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 蜜橘成熟度检测国内外研究现状
        1.2.1 蜜橘成熟度检测国内研究现状
        1.2.2 蜜橘成熟度检测国外研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 本章总结
第二章实验材料与方法
    2.1 实验材料及理化指标测量
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 蜜橘理化指标测量
    2.2 实验设备及检测原理
        2.2.1 便携式可见光/近红外光谱仪检测系统
        2.2.2 可见/近红外光谱检测原理
    2.3 基于光谱指数的蜜橘成熟度评价方法
        2.3.1 成熟度指标分析方法
        2.3.2 光谱指数分析方法
        2.3.3 基于成熟度评价指标与光谱指数的成熟度模型构建方法
    2.4 本章小结
第三章基于光谱指数的蜜橘成熟度检测模型研究
    3.1 基于理化特性的蜜橘成熟度评价指标对比分析
    3.2 蜜橘可见/近红外光谱特性分析
        3.2.1 蜜橘可见/近红外平均光谱特性分析
        3.2.2 基于变异系数的蜜橘光谱特性分析
    3.3 基于光谱指数的蜜橘成熟度评价指数对比分析
    3.4 基于可见/近红外光谱蜜橘成熟度检测模型建立与验证
        3.4.1 基于可见/近红外光谱蜜橘成熟度检测模型
        3.4.2 基于可见/近红外光谱蜜橘成熟度检测模型的验证
    3.5 结论
第四章基于单片机的蜜橘成熟度检测系统
    4.1 检测原理
    4.2 基于单片机的蜜橘成熟度检测系统硬件设计
        4.2.1 探头装置设计
        4.2.2 控制单元设计
        4.2.3 AD转换电路设计
        4.2.4 硅光电池
        4.2.5 系统电路原理图设计
        4.2.6 系统PCB设计
    4.3 基于单片机的蜜橘成熟度检测系统软件设计
        4.3.1 主程序
        4.3.2 AD转换子程序
        4.3.3 串口输出与串口驱动子程序
    4.4 基于单片机的蜜橘成熟度检测系统可靠性验证
        4.4.1 系统标定
        4.4.2 系统可靠性验证分析
    4.5 本章小结
第五章结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录A 基于光谱指数的蜜橘成熟度检测系统原理图
个人简历在读期间发表的学术论文
致谢

【参考文献】