專利名稱：西瓜成熟度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種西瓜成熟度計(jì)，屬于日常生活技術(shù)領(lǐng)域檢測(cè)西瓜是否成熟的一種計(jì)量測(cè)試儀器。
背景技術(shù)：
西瓜是人們十分喜愛的消暑降溫水果，西瓜是否成熟，成熟的狀況如何，目前仍采用人工敲擊判斷的傳統(tǒng)方法，這對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的瓜農(nóng)來說是件很容易的事，但大多數(shù)消費(fèi)者卻很難掌握。通常生瓜被敲擊后振動(dòng)頻率較高，持續(xù)時(shí)間短促。這是由于未成熟的西瓜，瓜瓤硬度較高，瓜皮硬度還不算高，兩者比較接近，西瓜整體硬度較高，整體剛性好，有如敲擊鋼塊。成熟的西瓜，瓜瓤中細(xì)胞間間隙增大，密度下降，硬度下降，而瓜皮硬度提高，瓜皮和瓜瓤機(jī)械性能差別增大，系統(tǒng)整體性下降。受到敲擊后，各部分之間振動(dòng)頻率不一致，諧波分量增多，彈性波在瓜皮和瓜瓤中的傳播速度不一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種西瓜成熟度計(jì)，解決現(xiàn)有大多數(shù)消費(fèi)者很難掌握人工敲擊西瓜判斷成熟狀況的傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)通過儀器有助于識(shí)別西瓜成熟度，為消費(fèi)帶來方便。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種西瓜成熟度計(jì)，其特征是所述的成熟度計(jì)由殼體及包括振動(dòng)傳感器的電荷放大單元，以單片機(jī)為核心的A/D轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示單元構(gòu)成，電荷放大電路的輸出接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，殼體底部中央設(shè)置垂直向?qū)蛱祝瑢?dǎo)向套內(nèi)設(shè)置質(zhì)量塊、滑線電阻和彈簧，質(zhì)量塊與滑線電阻的滑動(dòng)觸頭端連接，滑動(dòng)觸頭端的電壓信號(hào)接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，電荷放大單元中的振動(dòng)傳感器與彈簧外端相連。
電荷放大單元采用高輸入阻抗運(yùn)放電路，由依次連接的電荷轉(zhuǎn)換電路、反相放大電路和同相放大電路構(gòu)成，振動(dòng)傳感器接電荷轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
振動(dòng)傳感器LDTM采用PVDF壓電薄膜傳感器。
單片機(jī)采用低功耗MSP430系列，單片機(jī)對(duì)輸入的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、采集，存儲(chǔ)。
殼體底部?jī)啥嗽O(shè)置測(cè)量桿。
導(dǎo)向套的表面具有刻度，直接根據(jù)曲率半徑讀出西瓜的重量。
本發(fā)明通過設(shè)置高分子薄膜壓電傳感器LDTM和電荷轉(zhuǎn)換放大電路組成的信號(hào)調(diào)理前端電路，設(shè)置以低功耗MSP430系列單片機(jī)為核心的波形采集、計(jì)算、控制和輸出顯示單元，在采集敲擊振動(dòng)信號(hào)后，讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，完成FFT計(jì)算和成熟度識(shí)別、數(shù)碼管顯示，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，效果直觀，有利于消費(fèi)者識(shí)別購(gòu)買，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明在實(shí)際使用中的示意圖；圖2為本發(fā)明以單片機(jī)為核心的A/D轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示單元及包括振動(dòng)傳感器的信號(hào)放大調(diào)理電路框圖；圖3為本發(fā)明中振動(dòng)傳感器及信號(hào)放大調(diào)理電路；圖4為本發(fā)明中質(zhì)量塊、彈簧、傳感器和滑線電阻結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明由殼體及包括振動(dòng)傳感器的電荷放大單元，以單片機(jī)為核心的A/D轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示單元構(gòu)成；電荷放大電路的輸出接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，殼體底部中央設(shè)置垂直向?qū)蛱?，?dǎo)向套內(nèi)設(shè)置質(zhì)量塊、滑線電阻和彈簧，質(zhì)量塊與滑線電阻的滑動(dòng)觸頭端連接，滑動(dòng)觸頭端的電壓信號(hào)接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，電荷放大單元中的振動(dòng)傳感器與彈簧外端相連。在對(duì)西瓜進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將西瓜置于柔軟的承座墊子上。如圖3所示，采用PVDF高分子壓電薄膜傳感器感知西瓜打擊振動(dòng)信號(hào)，構(gòu)成西瓜成熟度計(jì)前端信號(hào)獲取單元；利用高輸入阻抗運(yùn)放等構(gòu)成的電荷放大電路把電荷信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)放大；利用低功耗MSP430系列單片機(jī)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)，通過快速傅里葉變換(FFT)求出西瓜振動(dòng)的一階固有振動(dòng)頻率；通過過大圓三點(diǎn)近似測(cè)量西瓜的曲率半徑，根據(jù)西瓜的密度近似值求出西瓜的質(zhì)量，殼體底部?jī)啥藴y(cè)量桿的端部為2個(gè)點(diǎn)，傳感器與西瓜的接觸點(diǎn)為第3點(diǎn)，曲率半徑越大第3點(diǎn)位置越低，通過測(cè)量滑線電阻上的電壓反映滑動(dòng)觸頭位置，測(cè)出曲率半徑。根據(jù)西瓜成熟度指標(biāo)f2m2/3確定西瓜的成熟度。不同品種西瓜成熟度指標(biāo)值有較大差別(f2m2/3)數(shù)值越小成熟度越高)，測(cè)量前按鍵選擇西瓜品種，面板上LED對(duì)應(yīng)的品種被選中。品種選擇是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先選擇若干品種，每種成熟度不同的西瓜若干個(gè)。測(cè)出共振頻率和曲率半徑后，得出每個(gè)瓜的成熟度指標(biāo)(f2m2/3)，解剖后人工判別成熟度，建立成熟度—成熟度指標(biāo)值(f2m2/3)對(duì)照表。然后把不同品種不同成熟度對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值固化到單片機(jī)的片內(nèi)Flash ROM存儲(chǔ)器中。實(shí)際測(cè)量過程就是測(cè)出各品種的成熟度指標(biāo)后執(zhí)行查表指令的過程，查各個(gè)品種的成熟度對(duì)照表在數(shù)碼管上顯示。
質(zhì)量塊、彈簧的作用是保證傳感器所在附件對(duì)西瓜的壓力恒定，等于質(zhì)量塊和彈簧等的重量。相同壓力下采集的信號(hào)才有意義。否則信號(hào)強(qiáng)度與壓力有關(guān)?？潭瘸叻从郴瑒?dòng)電阻觸頭位置，直接刻度成重量，可以在測(cè)量成熟度的同時(shí)測(cè)出西瓜的重量，當(dāng)然，只供參考。
把西瓜成熟度值用一位數(shù)碼管顯示，9為9成熟，8為8成熟…對(duì)于新品種追加的方法是，選中面板上的備用品種，取一個(gè)成熟度為7-8成的該品種樣品，按下新品鍵后，敲擊該瓜。該瓜的7-8成成熟度特征值即被存入在線串行EPROM芯片24C02中，下次測(cè)量只要選中該品種即可。本發(fā)明中以單片機(jī)為核心的A/D轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示單元可采用現(xiàn)有成熟技術(shù)和相關(guān)器件。
權(quán)利要求
1.一種西瓜成熟度計(jì)，其特征是所述的成熟度計(jì)由殼體及包括振動(dòng)傳感器的電荷放大單元，以單片機(jī)為核心的A/D轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示單元構(gòu)成，電荷放大電路的輸出接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，殼體底部中央設(shè)置垂直向?qū)蛱祝瑢?dǎo)向套內(nèi)設(shè)置質(zhì)量塊、滑線電阻和彈簧，質(zhì)量塊與滑線電阻的滑動(dòng)觸頭端連接，滑動(dòng)觸頭端的電壓信號(hào)接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，電荷放大單元中的振動(dòng)傳感器與彈簧外端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的西瓜成熟度計(jì)，其特征是電荷放大單元采用高輸入阻抗運(yùn)放電路，由依次連接的電荷轉(zhuǎn)換電路、反相放大電路和同相放大電路構(gòu)成，振動(dòng)傳感器接電荷轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的西瓜成熟度計(jì)，其特征是振動(dòng)傳感器LDTM采用PVDF壓電薄膜傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的西瓜成熟度計(jì)，其特征是單片機(jī)采用低功耗MSP430系列，單片機(jī)對(duì)輸入的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、采集，存儲(chǔ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的西瓜成熟度計(jì)，其特征是殼體底部?jī)啥嗽O(shè)置測(cè)量桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的西瓜成熟度計(jì)，其特征是導(dǎo)向套的表面具有刻度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種西瓜成熟度計(jì)，屬于日常生活技術(shù)領(lǐng)域檢測(cè)西瓜是否成熟的一種計(jì)量測(cè)試儀器，本發(fā)明通過設(shè)置高分子薄膜壓電傳感器和電荷轉(zhuǎn)換放大電路組成的信號(hào)調(diào)理前端電路，設(shè)置以單片機(jī)為核心的波形采集、計(jì)算、控制和輸出顯示單元，在采集敲擊振動(dòng)信號(hào)后，讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，完成FFT計(jì)算和成熟度識(shí)別、數(shù)碼管顯示，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，效果直觀，有利于西瓜采摘者和消費(fèi)者識(shí)別購(gòu)買，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01H11/06GK101046407SQ20071002133
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者王昌龍, 周福才, 凌裕平, 於鋒, 王麗麗 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)