一种手持式苹果糖度检测设备的制作方法

1.本实用新型涉及智能检测技术领域，尤其涉及一种手持式苹果糖度检测设备。


背景技术：

2.苹果风味独特，营养丰富，深受消费者青睐。我国是苹果生产大国，但绝大部分品种在国内销售价格低，“卖果难”的问题经常出现，一个重要原因就是种植过程的落后管理模式，以及采后商品化处理落后，导致水果质量较差、市场竞争力较弱。
3.目前，以近红外光谱技术为代表的无损快速检测技术正在逐步用于苹果等水果的生产管理。该技术可以实现对生长期的果实进行动态监控，能实时掌握水果的生长趋势，进而能够指导果农正确的施肥施药，实现对果树生长进行科学管理，从源头保证水果的产后品质。同时无损快速检测技术还可以实现产后水果质量的抽检，以实时监测水果储藏期间质量的动态变化。
4.但要实现无损快速检测，就需要利用便携式的检测装置来开展。然而，目前用于苹果等水果糖度的检测设备普遍存在体积大、功耗高、价格昂贵等突出问题。
5.因此，亟需开发一种有效的轻便的检测设备用于苹果糖度的快速检测。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种手持式苹果糖度检测设备。
7.本实用新型提供一种手持式苹果糖度检测设备，包括：手持端、测试端、微型光谱仪和电路板；所述测试端的一个面被设置为凹面，用于盛放待测目标；在所述凹面上设置有至少一个光谱接收孔，所述微型光谱仪的探头设置于所述光谱接收孔中，用于采集所述待测目标的光谱数据；所述电路板上预先烧写有糖度识别模型，用于接收并处理所述光谱数据，以输出所述待测目标的糖度识别结果。
8.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，设置于所述手持端上的显示器；所述显示器与所述电路板通信连接，以输出所述糖度识别结果。
9.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，在凹面上设置有至少一个放置孔；在放置孔中设置有卤素灯。
10.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，所述手持端与测试端是通过一体成型制成，测试端与凹面对应的面与测试端的一端垂直相连；放置孔为两个，光谱接收孔为一个。
11.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，光谱接收孔位于所述凹面的底部，两个放置孔分设于所述光谱接收孔的两侧；光谱接收孔的中心轴线与两个放置孔的中心轴线相交。
12.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，两个放置孔的中心轴线与所述光谱接收孔的中心轴线之间的夹角为40
°
，每个所述放置孔与所述光谱接收孔的之间的弧线距离为18.50mm。
13.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，在每个放置孔中设置有凹凸镜片，用于增强卤素灯所发射出的光线。
14.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，还包括直流供电模块；所述直流供电模块用于通过电池为手持式苹果糖度检测设备供电。
15.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，电路板中包含有stm32微处理器；糖度识别模型存储与stm32微处理器中。
16.根据本实用新型提供的一种手持式苹果糖度检测设备，所述卤素灯的功率为1.5瓦。
17.本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备，体积小、功耗低、使用方便，能够快速、高精度的完成水果糖度的快速检测。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备的结构示意图；
20.图2是采用本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备所获得的多个苹果样本的光谱曲线示意图；
21.图3是本实用新型提供的糖度预测模型的交互验证结果示意图；
22.图4是采用本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备所获取的预测糖度值和实际糖度值的比对示意图。
具体实施方式
23.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.需要说明的是，在本实用新型实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒
介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.下面结合图1-图4描述本实用新型实施例所提供的手持式苹果糖度检测设备。
26.图1是本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备的结构示意图，如图1所示，包括但不限于：手持端1、测试端2、微型光谱仪和电路板；测试端2的一个面被设置为凹面3，用于盛放待测目标；在凹面3上设置有至少一个光谱接收孔4，微型光谱仪的探头设置于光谱接收孔中，用于采集待测目标的光谱数据；电路板上预先烧写有糖度识别模型，用于接收并处理光谱数据，以输出待测目标的糖度识别结果。
27.进一步地，如图1所示，在本实施例所提供的手持式苹果糖度检测设备中，还包括：设置于手持端上的显示器5，显示器5与电路板通信连接，以输出糖度识别结果。
28.进一步地，凹面3上设置有至少一个放置孔6；在放置孔6中设置有卤素灯。在实际检测过程中，在将待测目标置于凹面3中之后，可以通过触发开关开启卤素灯，以向待测目标相关区域投射光线，以克服在光线较暗的环境中无法实现糖度检测的弊端。
29.进一步地，如图1所示，手持端1与测试端2可以是通过一体成型制成，测试端2与所述凹面3对应的面与测试端1的一端垂直相连。
30.可选地，放置孔6可以为1个，也可以为两个或两个以上，光谱接收孔4可以为1个。
31.在放置孔6为两个，光谱接收孔4为1个的情况下，如图1所示，光谱接收孔4位于凹面的底部，两个放置孔6分设于光谱接收孔4的两侧；光谱接收孔4的中心轴线与两个放置孔6的中心轴线相交，即放置孔6与光谱接收孔4位于同一弧线上。
32.可选地，两个放置孔6的中心轴线与光谱接收孔4的中心轴线之间的夹角为40
°
，每个放置孔6与光谱接收孔4的之间的弧线距离为18.50mm。
33.进一步地，在每个放置孔6中设置有凹凸镜片，用于增强卤素灯所发射出的光线。
34.进一步地，本实施例提供的手持式苹果糖度检测设备，还可以包括：直流供电模块；直流供电模块主要用于通过电池为手持式苹果糖度检测设备供电。
35.进一步地，电路板中包含有stm32微处理器；糖度识别模型存储与stm32微处理器中。
36.可选地，本实施例中所采用的卤素灯的功率为1.5瓦。
37.下面，将结合图1所示，详细介绍本实用新型所提供的一种手持式苹果糖度检测设备，主要包括但不限于：用于苹果光谱采集的测试端2，设置于测试端的卤素灯、微型光谱仪、电路板、显示器4及锂电池等。其中，测试端2的测试侧为弧形凹面结构，以充分的与待测目标相贴合。
38.测试端2的凹面3的几何中间处设置有光谱接收孔4，并在光谱接收孔4的两侧分别开设有用于安装卤素灯的放置孔6。其中，卤素灯与凹面3的中心垂直线之间的夹角为40
°
，凹面3上的放置孔6与光谱接收孔4之间的距离为18.50mm。
39.进一步地，可以在每个光谱接收孔中放置凹凸镜片，以增强对于光线的收集能力。
40.可选地，本实施例提供的微型光谱仪为商业化产品，其波长范围550～1100nm波长范围，长方体构造，顶端有收光孔，用于光谱探测。微型光谱仪安装在光谱接收孔4的下方，可以位于中控的手持端1或者测试端2的内部，且光谱仪上的收光孔正对光谱接收孔4。
41.其中，卤素灯可以选用低功率卤素灯，如功率1.5w，在能够控制设备的发热的前提
下，光谱仪采集近红外光谱信息提供照明条件。
42.进一步地，本实用新型根据光谱仪电气特性，设计开发以stm32为核心的电路板，主要完成如下两个功能：
43.1、离线建模功能。电路板通过串口与电脑端主机相连，通过电脑端主机控制光谱采集并将采集到的光谱，上传并存储到电脑端。
44.在采集完成后，由电脑端结合实际测量的水果糖度值，构建糖度模型，并将构建完成的模型烧写到内核程序；
45.2、在线检测功能。直接点击触发按键，采集待测样本的光谱信息，入上述糖度预测模型，以得到待测样品的预测糖度值。
46.可选地，本发明所提供的直流供电模块所使用的锂电池为5v稳压输出电源，并可重复充电。
47.本实用新型还提供一种对糖度检测模型的构建方法，包括：
48.步骤1：购置100个苹果，放置12个小时左右，待苹果表面温度与室温一致，以减小温度对近红外光谱采集的影响之后，在每个苹果的赤道位标记采集部位。
49.步骤2：图2是采用本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备所获得的100苹果样本的光谱曲线示意图，如图2所示，将设备通过串口线与电脑主机连接，依次将每个苹果标记的采集部位紧贴光谱接收孔4，通过电脑端程序控制光谱的采集与存储，采集的积分时间设置为1s。
50.步骤3,：采用折光仪对上述100个苹果糖度进行测量。从标记部位切取10mm厚的带皮水果组织，经纱布挤压过滤后，滴到折光仪镜面，并读数并记录。
51.步骤4：使用步骤2中所采集的苹果赤道位各采集部位的光谱信息及对应的糖度值，并采用偏最小二乘算法，建立糖度预测模型m1，该模型m1的最佳主因子数由10折交互验证确定。
52.图3是本实用新型提供的糖度预测模型的交互验证结果示意图，如图3所示，由于考虑光谱首、尾噪声的影响，只考虑600～930nm波段。
53.在糖度检测模型建立完成后，将该模型导入电路板中的内核程序，则完成手持式苹果糖度检测设备的装配，后期可以直接利用其对任一待测苹果进行糖度直接检测。
54.图4是采用本实用新型提供的手持式苹果糖度检测设备所获取的预测糖度值和实际糖度值的比对示意图，如图4所示，为了证明本实施例提供的手持式苹果糖度检测设备的测量效果，重新购置40个苹果样本作为独立预测集并标记采集部位，放置12小时后，离线采集预测集40个苹果样本的光谱信息，积分时间同样设置为1s。直接通过设备得到糖度预测值。读数并记录。参照上述实施例中记载的方法，分别获取40个苹果样本的实际糖度值。
55.由图4可以发现：通过本实用新型实施例提供的手持式苹果糖度检测设备，可以实现苹果糖度的快速、无损检测，且检测精度高。
56.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
57.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
58.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。