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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 水果無(wú)損全自動(dòng)綜合分級(jí)設(shè)備
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品設(shè)計(jì)的目的是對(duì)球形水果（如蘋果、梨和柑橘等）進(jìn)行全自動(dòng)的分級(jí)，包括自動(dòng)上料、稱重、大小和表面品質(zhì)分級(jí)等，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化具有一定的意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計(jì)采用一條機(jī)械流水線，作為本系統(tǒng)的輸送和傳動(dòng)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(nèi)進(jìn)行圖像處理，從而可以精確計(jì)算出水果的果徑和表面品質(zhì)；而稱重則通過一個(gè)壓力傳感器來(lái)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(cè)量的精度可以達(dá)到1mm以內(nèi)，并且本系統(tǒng)運(yùn)行頻率為100MHz，處理速度很快，從而提高了分級(jí)的效率；采用壓力傳感器獲取水果的重量，本系統(tǒng)選取量程為600g，靈敏度為1mv/v的全橋電阻應(yīng)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(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)便、安全。本作品具有高效、高精度、節(jié)能、無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，為水果分級(jí)提供了新的解決方案，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)： 1、采用SOPC技術(shù)來(lái)現(xiàn)實(shí)水果表面圖像處理和控制，為SOPC技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供了新思路。 2、機(jī)電氣結(jié)合，具有推廣價(jià)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(shù)，分級(jí)精度高，而且速度快。 5、采用圖形化人機(jī)交互界面，能自動(dòng)載入分級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)用戶也可以很輕松地更改系統(tǒng)參數(shù)，滿足不同對(duì)象的需要。 6、功能完善，既能實(shí)現(xiàn)水果自動(dòng)上料和無(wú)損分級(jí)，同時(shí)也可以按照重量、大小和表面品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品設(shè)計(jì)的目的是對(duì)球形水果（如蘋果、梨和柑橘等）進(jìn)行全自動(dòng)的分級(jí)，包括自動(dòng)上料、稱重、大小和表面品質(zhì)分級(jí)等，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化具有一定的意義。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)： 1、采用SOPC技術(shù)來(lái)現(xiàn)實(shí)水果表面圖像處理和控制，為SOPC技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供了新思路。 2、機(jī)電氣結(jié)合，具有推廣價(jià)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(shù)，分級(jí)精度高，而且速度快。 5、采用圖形化人機(jī)交互界面，能自動(dòng)載入分級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)用戶也可以很輕松地更改系統(tǒng)參數(shù)，滿足不同對(duì)象的需要。 6、功能完善，既能實(shí)現(xiàn)水果自動(dòng)上料和無(wú)損分級(jí)，同時(shí)也可以按照重量、大小和表面品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 系統(tǒng)可以按照重量、大小、表面品質(zhì)將水果分為四個(gè)等級(jí)；每小時(shí)能夠處理大約3噸水果；系統(tǒng)動(dòng)力主要由一個(gè)250W的電機(jī)提供，總的功率僅在300W左右。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)采用一條機(jī)械流水線，作為本系統(tǒng)的輸送和傳動(dòng)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(nèi)進(jìn)行圖像處理，從而可以精確計(jì)算出水果的果徑和表面品質(zhì)；而稱重則通過一個(gè)壓力傳感器來(lái)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(cè)量的精度可以達(dá)到1mm以內(nèi)，并且本系統(tǒng)運(yùn)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(tǒng)選取全橋電阻應(yīng)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(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)便、安全。 本設(shè)計(jì)采用Cyclone II系列FPGA。FPGA具有現(xiàn)場(chǎng)可編程的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以利用相關(guān)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制，具有靈活、可編程等優(yōu)點(diǎn)。最后本系統(tǒng)僅需采用250W的電機(jī)提供動(dòng)力，功耗低。總之本產(chǎn)品具有高效、高精度、節(jié)能、無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，為水果分級(jí)提供了新的解決方案，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。 在后續(xù)工作中，還可以加入水果清洗和打包裝置，實(shí)現(xiàn)水果從摘采到投入市場(chǎng)完整的工作流程。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009.11-2010.9成功完成“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”。 獲得《武漢教育電視臺(tái)》的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道，同時(shí)也受到《長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)》、《長(zhǎng)江商報(bào)、《電子技術(shù)應(yīng)用》雜志、《中國(guó)高校導(dǎo)航網(wǎng)》等新聞媒體的報(bào)道和關(guān)注。 獲得兩項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利（專利號(hào)：201020211571.7和201020211540.1）。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 采用攝像頭拍攝水果的圖像來(lái)獲取果徑和表面品質(zhì)信息，保證了水果無(wú)損傷檢測(cè)；采用全橋電阻應(yīng)變式傳感器獲取水果重量，抗干擾能力強(qiáng)，精度高；采用片上可編程技術(shù)，達(dá)到了高速高效的特點(diǎn)；采用圖形化人機(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)便、安全；采用流水線工作模式，提高了系統(tǒng)的工作能力，適于工業(yè)化生產(chǎn)。 本作品主要適用于對(duì)果品進(jìn)行分級(jí)的水果加工廠商、從事水果進(jìn)出口的企業(yè)以及研究果品分級(jí)的各大科研院所。由于本作品具有拆卸方便、使用靈活、性價(jià)比高的特點(diǎn)，因此也適合廣大的個(gè)體果農(nóng)，及時(shí)幫助他們了解水果的品質(zhì)，進(jìn)而進(jìn)行調(diào)整，改善水果的質(zhì)量，提高收入。本設(shè)備成本低，產(chǎn)品量產(chǎn)成本約2000至3000元，性價(jià)比很高，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景。 我國(guó)是世界第一水果生產(chǎn)大國(guó)，但水果出口量低，其中一個(gè)重要原因就是采后商品化處理落后，導(dǎo)致水果市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)水果商品化處理過程中的清潔、打蠟設(shè)備已經(jīng)比較成熟，關(guān)鍵在于分級(jí)技術(shù)還比較落后，因此本水果無(wú)損全自動(dòng)綜合分級(jí)設(shè)備，對(duì)于提高果品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度有著重要價(jià)值。
同類課題研究水平概述
- 目前，在國(guó)內(nèi)外研究中，對(duì)水果分級(jí)主要有兩種方式。一種是采用純機(jī)械的方式實(shí)現(xiàn)，主要是利用機(jī)械自身的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和水果的特征來(lái)分級(jí)，用這種方式需要很大而且笨重的機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)，需要消耗大量能源；另外這種方式只是將水果分在某一個(gè)區(qū)間值內(nèi)，無(wú)法做到更加精確的分級(jí)，同樣也做不到對(duì)水果表面表面品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)；再者機(jī)器在運(yùn)行很容易對(duì)水果造成損傷，不利于水果的分級(jí)，影響水果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；最后機(jī)器總需要人員去操作，而且一般操作較為復(fù)雜，需配備專門人員操作機(jī)器。 另一種是借助計(jì)算機(jī)的方式，也是采用攝像頭對(duì)水果進(jìn)行拍攝，然后經(jīng)過圖像處理后得出相關(guān)信息。這種方式需要計(jì)算機(jī)的支持，同時(shí)往往需要大型的機(jī)構(gòu)輔助分級(jí)，這樣就會(huì)使這個(gè)設(shè)備的體積過于龐大；其次計(jì)算機(jī)相比于本設(shè)備采用的FPGA要貴得多，這樣就提高了成本；最后計(jì)算機(jī)和大型機(jī)構(gòu)的功耗一般較大，不符合當(dāng)代節(jié)能減排的要求。 本作品設(shè)計(jì)的目的是對(duì)球形水果（如蘋果、梨和柑橘等）進(jìn)行全自動(dòng)的分級(jí)，包括自動(dòng)上料、稱重、大小和表面品質(zhì)分級(jí)等。主要特點(diǎn)是： 1、采用SOPC技術(shù)來(lái)現(xiàn)實(shí)水果表面圖像處理和控制，為SOPC技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供了新思路。 2、機(jī)電氣結(jié)合，具有推廣價(jià)值。 3、采用雙攝像頭，可以獲得水果表面完整的信息，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。 4、采用圖像處理技術(shù)，分級(jí)精度高，而且速度快。 5、采用圖形化人機(jī)交互界面，能自動(dòng)載入分級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)用戶也可以很輕松地更改系統(tǒng)參數(shù)，滿足不同對(duì)象的需要。 6、功能完善，既能實(shí)現(xiàn)水果自動(dòng)上料和無(wú)損分級(jí)，同時(shí)也可以按照重量、大小和表面品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)。 水果無(wú)損全自動(dòng)綜合分級(jí)設(shè)備工作高速、高效、操作簡(jiǎn)便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和很廣闊的市場(chǎng)前景，適于工業(yè)化投產(chǎn)，且具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。
