基于可见/近红外光谱的苹果内部多品质参数一体化便携式检测设备研发

发布时间：2021-01-16 19:42

　　目前消费者对苹果的需求从“数量型”逐渐向“质量型”转变,人们更加注重苹果的内部品质,衡量苹果内部品质的主要指标有糖度值、酸度值、硬度值。近红外光谱检测具有不破坏、易操作和效率高等特点,已在水果品质领域得到广泛应用,然而目前近红外光谱技术大多采用宽波段检测方法,存在应用成本高、能耗大、光谱信息冗余和分析过程复杂等问题。本文提出了一种光电二极管和特征窄带LED相结合的检测方式,研发了基于可见/近红外光谱检测技术的苹果多品质一体化无损检测设备。实现了苹果内部品质的快速无损检测。对指导苹果采收、出库时间和销售价格等具有重要意义,有助于促进苹果产业的健康发展,本文研究内容和结论如下:（1）构建漫反射检测平台并提取特征波长。基于光谱仪构建的苹果内部品质漫反射光谱采集平台,采集样本的漫反射光谱信息,利用理化特性测定苹果的糖度和酸度,利用质构仪测定硬度。首先利用蒙特卡罗采样法检测异常数据并剔除,之后利用竞争自适应加权算法、移动窗口算法、蒙诺卡罗无信息消除算法和随机蛙跳算法分别提取了与苹果内部品质三个指标（糖度值、酸度值、硬度值）的特征波长,最终优选了与三个指标最相关的10个特征波长,分别为420、44... 

【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水果内部品质检测技术研究现状
        1.2.2 水果内部品质设备研究现状
    1.3 系统整体结构
    1.4 研究内容
    1.5 技术路线
    1.6 论文组织结构
第二章 苹果内部品质近红外漫反射平台搭建与特征波长的提取
    2.1 苹果内部品质变化与光谱作用机理分析
        2.1.1 苹果成熟过程内部品质变化
        2.1.2 光谱与苹果品质作用机理分析
    2.2 苹果内部品质检测平台构建
        2.2.1 苹果漫反射光谱采集平台
        2.2.2 光谱采集软件的使用规范
    2.3 苹果内部品质漫反射光谱特征波长的提取
        2.3.1 仪器设备与分析软件
        2.3.2 实验样本
        2.3.3 光谱数据采集
        2.3.4 糖度和酸度含量测定
        2.3.5 果肉硬度测定
        2.3.6 蒙特卡罗采样方法检测异常数据并剔除
        2.3.7 特征波长提取算法介绍
        2.3.8 特征提取
    2.4 本章小结
第三章 嵌入式设备硬件设计
    3.1 系统硬件总体设计
    3.2 设备技术要求
    3.3 器件选型
        3.3.1 处理器
        3.3.2 筛选光源
        3.3.3 光电采集传感器
    3.4 设备硬件模块设计
        3.4.1 检测设备及二维码打印机外观设计
        3.4.2 检测探头设计
        3.4.3 光路设计
        3.4.4 核心处理器模块
        3.4.5 光源与光源驱动模块
        3.4.6 光谱采集模块
        3.4.7 用户交互模块
        3.4.8 二维码打印机模块
        3.4.9 PCB板设计
    3.5 本章小结
第四章 嵌入式设备软件设计
    4.1 系统软件总体设计
    4.2 嵌入式操作系统的选择与系统搭建
        4.2.1 操作系统的选择
        4.2.2 嵌入式系统镜像
            4.2.2.1 镜像所需的硬件准备
            4.2.2.2 镜像写入
    4.3 系统软件环境搭建
        4.3.1 远程桌面连接设置
        4.3.2 搭建开发编译环境
            4.3.2.1 远程数据交换
            4.3.2.2 控制程序调试编译环境
    4.4 QR二维码打印软件构建
    4.5 数据上传功能的实现
    4.6 PyQt应用程序界面设计与移植
    4.7 本章小结
第五章 苹果内部品质预测模型的建立
    5.1 多元线性回归算法的原理
    5.2 实验材料与方法
        5.2.1 试验材料
        5.2.2 光谱的采集和内部品质测定
        5.2.3 基于MLR算法构建苹果内部品质模型
    5.3 基于Qt的算法移植与测试
    5.4 苹果内部品质预测精度实验
        5.4.1 试验材料
        5.4.2苹果内部品质预测实验
    5.5 设备功耗和检测稳定性实验
        5.5.1 设备检测稳定性实验
        5.5.2 设备检测功耗测试
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]产业整合视角的农户行为研究——来自668个蔬菜种植户的实证[J]. 王鸣,穆月英.  中国农学通报. 2019(06)
[2]我国蔬菜市场2018年运行分析与2019年展望及对策[J]. 张晶,孔繁涛,吴建寨,周向阳.  中国蔬菜. 2019(01)
[3]基于近红外光谱技术的紫薯贮藏期间花青素含量检测[J]. 田潇瑜,黄星奕,白竣文,吕日琴,孙兆燕.  农业机械学报. 2019(02)
[4]我国苹果产业转型升级路径与对策[J]. 庞桂娟,张复宏,宋晓丽.  合作经济与科技. 2018(23)
[5]苹果早熟品种(系)果实成熟过程中主要品质指标的变化[J]. 李世军,李佳,尹宝颖,李中勇,张学英,徐继忠.  北方园艺. 2018(22)
[6]基于灰色多元线性回归融合模型的故障率预测[J]. 郭利进,何西硕,徐新喜,石梅生,王济虎.  计算机工程与科学. 2018(11)
[7]苹果品质评价体系的建立[J]. 赵玉,刘东茹,任亚梅,胡馨木,任小林.  北方园艺. 2018(19)
[8]苹果产业发展障碍因素及对策分析[J]. 孙慧英,李亮,李敏生,王新平,王定仙.  吉林农业. 2018(16)
[9]便携式马铃薯多品质参数局部透射光谱无损检测装置[J]. 王凡,李永玉,彭彦昆,杨炳南,李龙,尹学清.  农业机械学报. 2018(07)
[10]基于移动窗口和粒子群寻优的集成偏最小二乘改进算法[J]. 马仕强,任佳,赵梦恩.  浙江理工大学学报(自然科学版). 2018(04)

博士论文
[1]硅杂蒽近红外荧光分子探针的设计合成与分子识别检测研究[D]. 杜曼.北京科技大学 2019
[2]水果内部品质可见/近红外光谱无损检测方法的实验研究[D]. 傅霞萍.浙江大学 2008
[3]水果糖度和酸度的近红外光谱无损检测研究[D]. 刘燕德.浙江大学 2006

硕士论文
[1]薄皮水果糖度和货架期便携式检测方法研究[D]. 朱丹宁.华东交通大学 2018
[2]中国水果产业转型升级：评价及影响因素研究[D]. 王刘坤.华中农业大学 2018
[3]基于近红外光谱的苹果硬度便携式检测设备研究[D]. 陈建新.西北农林科技大学 2018
[4]基于红外光谱的苹果糖度检测设计与实现[D]. 张猛.黑龙江大学 2017
[5]应用近红外光谱技术分析煤质成分[D]. 杨策.华北电力大学(北京) 2017
[6]融合特征波段与果径的苹果霉心病无损检测设备设计[D]. 陈克涛.西北农林科技大学 2016
[7]苹果果实糖酸特性及其与风味关系研究[D]. 郑丽静.中国农业科学院 2015
[8]基于偏最小二乘的近红外煤质分析[D]. 肖锋.浙江大学 2013
[9]基于近红外的大佛龙井茶品质评价研究[D]. 周小芬.中国农业科学院 2012
[10]基于便携式近红外光谱仪的水果内部品质无损检测研究[D]. 陈明林.浙江大学 2010



本文编号：2981416