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基本信息

項目名稱:
水果無損全自動綜合分級設備
小類:
機械與控制
簡介:
本作品設計的目的是對球形水果(如蘋果、梨和柑橘等)進行全自動的分級,包括自動上料、稱重、大小和表面品質分級等,對實現農業自動化具有一定的意義。
詳細介紹:
本設計采用一條機械流水線,作為本系統的輸送和傳動裝置,采用CMOS攝像頭采集水果表面的圖像,并送至Cyclone II系列FPGA內進行圖像處理,從而可以精確計算出水果的果徑和表面品質;而稱重則通過一個壓力傳感器來獲取。采用攝像頭拍攝可以在不直接接觸水果的情況下獲取水果的信息,果徑測量的精度可以達到1mm以內,并且本系統運行頻率為100MHz,處理速度很快,從而提高了分級的效率;采用壓力傳感器獲取水果的重量,本系統選取量程為600g,靈敏度為1mv/v的全橋電阻應變式傳感器,受溫度的干擾小,誤差可以有效控制在3%到5%之間;采用圖形化人機交互界面,操作簡便、安全。本作品具有高效、高精度、節能、無損檢測等優點,為水果分級提供了新的解決方案,具有良好的應用前景和推廣價值。 主要創新點和關鍵技術: 1、采用SOPC技術來現實水果表面圖像處理和控制,為SOPC技術應用于農業領域提供了新思路。 2、機電氣結合,具有推廣價值。 3、采用雙攝像頭,可以獲得水果表面完整的信息。 4、采用圖像處理技術,分級精度高,而且速度快。 5、采用圖形化人機交互界面,能自動載入分級國家標準,同時用戶也可以很輕松地更改系統參數,滿足不同對象的需要。 6、功能完善,既能實現水果自動上料和無損分級,同時也可以按照重量、大小和表面品質進行分級。

作品圖片

  • 水果無損全自動綜合分級設備
  • 水果無損全自動綜合分級設備

作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

本作品設計的目的是對球形水果(如蘋果、梨和柑橘等)進行全自動的分級,包括自動上料、稱重、大小和表面品質分級等,對實現農業自動化具有一定的意義。 主要創新點和關鍵技術: 1、采用SOPC技術來現實水果表面圖像處理和控制,為SOPC技術應用于農業領域提供了新思路。 2、機電氣結合,具有推廣價值。 3、采用雙攝像頭,可以獲得水果表面完整的信息。 4、采用圖像處理技術,分級精度高,而且速度快。 5、采用圖形化人機交互界面,能自動載入分級國家標準,同時用戶也可以很輕松地更改系統參數,滿足不同對象的需要。 6、功能完善,既能實現水果自動上料和無損分級,同時也可以按照重量、大小和表面品質進行分級。 主要技術指標: 系統可以按照重量、大小、表面品質將水果分為四個等級;每小時能夠處理大約3噸水果;系統動力主要由一個250W的電機提供,總的功率僅在300W左右。

科學性、先進性

本設計采用一條機械流水線,作為本系統的輸送和傳動裝置,采用CMOS攝像頭采集水果表面的圖像,并送至Cyclone II系列FPGA內進行圖像處理,從而可以精確計算出水果的果徑和表面品質;而稱重則通過一個壓力傳感器來獲取。采用攝像頭拍攝可以在不直接接觸水果的情況下獲取水果的信息,果徑測量的精度可以達到1mm以內,并且本系統運行頻率為100MHz,處理速度很快;采用壓力傳感器獲取水果的重量,本系統選取全橋電阻應變式傳感器,受溫度的干擾小,誤差可以有效控制在3%到5%之間;采用圖形化人機交互界面,操作簡便、安全。 本設計采用Cyclone II系列FPGA。FPGA具有現場可編程的優點,同時也可以利用相關軟件對系統進行定制,具有靈活、可編程等優點。最后本系統僅需采用250W的電機提供動力,功耗低??傊井a品具有高效、高精度、節能、無損檢測等優點,為水果分級提供了新的解決方案,具有良好的應用前景和推廣價值。 在后續工作中,還可以加入水果清洗和打包裝置,實現水果從摘采到投入市場完整的工作流程。

獲獎情況及鑒定結果

2009.11-2010.9成功完成“國家大學生創新性實驗計劃項目”。 獲得《武漢教育電視臺》的現場報道,同時也受到《長江日報》、《長江商報、《電子技術應用》雜志、《中國高校導航網》等新聞媒體的報道和關注。 獲得兩項國家實用新型專利(專利號:201020211571.7和201020211540.1)。

作品所處階段

中試階段

技術轉讓方式

作品可展示的形式

實物、產品

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

采用攝像頭拍攝水果的圖像來獲取果徑和表面品質信息,保證了水果無損傷檢測;采用全橋電阻應變式傳感器獲取水果重量,抗干擾能力強,精度高;采用片上可編程技術,達到了高速高效的特點;采用圖形化人機交互界面,操作簡便、安全;采用流水線工作模式,提高了系統的工作能力,適于工業化生產。 本作品主要適用于對果品進行分級的水果加工廠商、從事水果進出口的企業以及研究果品分級的各大科研院所。由于本作品具有拆卸方便、使用靈活、性價比高的特點,因此也適合廣大的個體果農,及時幫助他們了解水果的品質,進而進行調整,改善水果的質量,提高收入。本設備成本低,產品量產成本約2000至3000元,性價比很高,具有很好的經濟效益和市場前景。 我國是世界第一水果生產大國,但水果出口量低,其中一個重要原因就是采后商品化處理落后,導致水果市場競爭力弱。目前我國國內水果商品化處理過程中的清潔、打蠟設備已經比較成熟,關鍵在于分級技術還比較落后,因此本水果無損全自動綜合分級設備,對于提高果品質量和生產效率、降低勞動強度有著重要價值。

同類課題研究水平概述

目前,在國內外研究中,對水果分級主要有兩種方式。一種是采用純機械的方式實現,主要是利用機械自身的機構特點和水果的特征來分級,用這種方式需要很大而且笨重的機構去實現,需要消耗大量能源;另外這種方式只是將水果分在某一個區間值內,無法做到更加精確的分級,同樣也做不到對水果表面表面品質進行分級;再者機器在運行很容易對水果造成損傷,不利于水果的分級,影響水果的經濟價值;最后機器總需要人員去操作,而且一般操作較為復雜,需配備專門人員操作機器。 另一種是借助計算機的方式,也是采用攝像頭對水果進行拍攝,然后經過圖像處理后得出相關信息。這種方式需要計算機的支持,同時往往需要大型的機構輔助分級,這樣就會使這個設備的體積過于龐大;其次計算機相比于本設備采用的FPGA要貴得多,這樣就提高了成本;最后計算機和大型機構的功耗一般較大,不符合當代節能減排的要求。 本作品設計的目的是對球形水果(如蘋果、梨和柑橘等)進行全自動的分級,包括自動上料、稱重、大小和表面品質分級等。主要特點是: 1、采用SOPC技術來現實水果表面圖像處理和控制,為SOPC技術應用于農業領域提供了新思路。 2、機電氣結合,具有推廣價值。 3、采用雙攝像頭,可以獲得水果表面完整的信息,測量數據準確、可靠。 4、采用圖像處理技術,分級精度高,而且速度快。 5、采用圖形化人機交互界面,能自動載入分級國家標準,同時用戶也可以很輕松地更改系統參數,滿足不同對象的需要。 6、功能完善,既能實現水果自動上料和無損分級,同時也可以按照重量、大小和表面品質進行分級。 水果無損全自動綜合分級設備工作高速、高效、操作簡便,具有很強的實用性和很廣闊的市場前景,適于工業化投產,且具有很高的經濟效益。
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