基于可见光光谱的青贮玉米原料含水率预测系统研究

发布时间：2020-10-12 17:27

　　 青贮饲料是优质的家畜(主要是反刍动物)粗饲料。随着社会的进步,人们对肉产品、奶制品需求量日益增加,奶牛、肉牛、肉羊、役用牛等反刍动物的养殖规模不断扩大,对青贮饲料的需求量亦显著增加。在青贮时,原料的含水率过高或过低都不利于青贮过程的正常完成。含水率过高,可溶性营养物质易随渗出的汁液流失,并导致梭酸发酵,影响饲料品质;含水率过低,则不易压实,导致靑贮窖内藏有空气易发生霉变,另外,青贮含水率过低还将导致收获损失和过度产热,使发酵物质或营养物质的数量减少,引得PH值升高,乳酸和其他发酵产物降低。因此,原料含水率的检测对玉米青贮具有重要意义。为实现青贮原料含水率无损、快速检测,本研究设计了基于可见光光谱的青贮玉米原料含水率预测系统,并进行了试验研究。本文以佳良99号玉米为研究对象,利用台湾五铃光学OTO光谱仪及与其配套的光学元件采集可见光波段下样品的光谱数据信息,运用实验室干燥法测定青贮玉米原料的实际含水率。利用C++编程语言在Microsoft Visual Studio 2010平台下开发了青贮玉米原料含水率预测系统的上位机软件,实现了青贮玉米原料含水率的在线检测。本研究主要工作如下:(1)结合OTO光谱仪和与其相关的光学元件,构建可见光光谱数据的硬件检测系统。检测系统使用光源发射器,提高光源质量;在反射光信号接收过程中,使用光纤准直镜并配合长、短光纤,提高光谱仪采集的光信号质量。(2)分析系统功能需求,设计软件相关功能模块。软件系统可实现用户登录、检测环境选择、光谱仪连接、取标准白、数据提取、含水率预测、数据分析、数据保存等基本功能。(3)采集青贮原料样本的光谱信息,通过标准正态变换等多种方法对原始光谱进行预处理,分析各预处理方法对青贮原料含水率PLSR预测模型的影响,结果表明,矢量归一化算法为最佳光谱预处理方法。将基于矢量归一化算法的PLSR预测模型嵌入软件系统,用于预测青贮玉米原料含水率。(4)编写光谱仪串口与上位机通讯程序并调试数据通讯功能,完成软件与光谱仪的连接;测试系统的光谱数据提取、含水率预测及数据保存等功能,结果表明,系统能较准确地预测青贮玉米原料含水率,可基本实现本设计需求功能。本研究设计了基于可见光光谱分析技术的青贮玉米原料含水率预测系统,可实现青贮玉米原料含水率的自动分析与预测。本研究为快捷、无损估计青贮玉米原料含水率提供了新的研究思路,对未来青贮玉米营养品质检测具有重要意义。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O433;S816.53
【部分图文】：

谱仪的串口通信，在 Visual Studio 2010 开发平台上开发 OTO 光谱、积分时间、取标准白以及其他的特性配置和修改的应用程序；010 开发平台中嵌入前期试验建立的预测青贮玉米原料含水率的数谱数据信息的处理与分析；并开发 MFC 窗体用户界面，便于用户实时交互，以实现对光谱仪的配置参数进行简单修改的功能。）青贮玉米原料光谱数据预处理及含水率预测模型构建。）对搭建的青贮玉米原料含水率预测系统进行调试，评价含水率预技术路线所采用的技术路线如图 1所示。

图 2 系统硬件总体设计架构图Fig.2 System hardware architecture diagram集电路主要由硅光电检测、放大电路、ADC 芯片组成。集标准白数据，即光源通过空气后探测器检测到的光强源发射器，将其发射的光束照射到被测物体上。测物与光源发射器之间的角度，使得光纤探头能够采集号。的光信号通过光纤传送到光谱仪内。由光谱仪上的 ADC 芯片转换为数字信号传输到上位机将采集到的光谱数据进行计算处理得到光波长和光强度据分析软件将计算得到后的光强度与标准白数据进行交反射率，并将反射率与对应的波长以 TXT文本格式保存骤详细叙述了使用 OTO光谱仪的工作流程，我们开发时

它的检测光谱波长范围为 380-1040nm。OTO 光谱仪适用于科研的二次开发。光谱仪如图3 所示。主要参数如表 1 所示。图 3 可见光光谱仪Fig.3 Visible light spectrometer表 1 可见光光谱仪参数Table.1 Parameters of visible light spectrometer.2.4 辅助模块（1）光源发射器。光谱仪型号 SE1040-25-VNIR光波段范围 300nm-1050nm波段精准度 ±0.3nm电源型式 ±5.2VDC光纤接头型号 SMA 905体积规格 89mm*110mm*31.4mm8
【参考文献】

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本文编号：2838061