獼猴桃果實(shí)分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：為了降低獼猴桃果實(shí)分級(jí)成本，提高果實(shí)分級(jí)效果，設(shè)計(jì)了一種根據(jù)獼猴桃果實(shí)的重量進(jìn)行分級(jí)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制器、稱重傳感器、觸摸屏、語(yǔ)音輸出等四部分組成，系統(tǒng)可按照果實(shí)重量分級(jí)，分級(jí)設(shè)備成本較低，經(jīng)過(guò)測(cè)試，分級(jí)精度較高，可以滿足普通農(nóng)戶的果實(shí)分級(jí)要求。

關(guān)鍵詞：獼猴桃；果實(shí)；分級(jí)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

獼猴桃因?yàn)槠渚S生素C含量很高，所以被稱為“水果之王”，深受大家的喜愛(ài)。我國(guó)獼猴桃種植區(qū)域較為廣泛，南方北方都有種植，2017年我國(guó)獼猴桃產(chǎn)量達(dá)到237萬(wàn)噸。獼猴桃果實(shí)采摘后，需要對(duì)果實(shí)進(jìn)行分級(jí)。國(guó)內(nèi)外對(duì)分級(jí)方法有很多相關(guān)研究，可以見(jiàn)到的參考文獻(xiàn)中提到的分級(jí)方法很多：可以按照果實(shí)重量分級(jí)、按照形狀分級(jí)、按照果實(shí)表面缺陷分級(jí)、按照果實(shí)重量和形狀分級(jí)、重量和表面缺陷分級(jí)等。按照果實(shí)重量和表面缺陷來(lái)對(duì)果實(shí)分級(jí)，分級(jí)效果較好，分級(jí)效率高，但是分級(jí)設(shè)備價(jià)格昂貴，普通農(nóng)戶負(fù)擔(dān)不起昂貴的使用成本；按照果實(shí)形狀分級(jí)，其分級(jí)設(shè)備是“分級(jí)板”成本最低，但是分級(jí)精度低，分級(jí)效果不理想；按照果實(shí)重量分級(jí)，分級(jí)設(shè)備成本較低，分級(jí)精度較高，可以滿足普通農(nóng)戶的果實(shí)分級(jí)要求。本設(shè)計(jì)提出一個(gè)可以滿足低成本分級(jí)需求的果實(shí)分級(jí)系統(tǒng)。

1 應(yīng)用背景

獼猴桃品種較多，有海沃德、秦美、啞特、紅陽(yáng)、臍紅等10余個(gè)品種，獼猴桃果實(shí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照果實(shí)不同也有所不同，果實(shí)按照獼猴桃果實(shí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)（以海沃德為例）：一級(jí)果（單果重大于100g小于120g）、二級(jí)果（單果重大于90g小于100g）、、三級(jí)果（單果重大于80g小于90g或者大于120g）。該獼猴桃果實(shí)分級(jí)系統(tǒng)的使用者為普通農(nóng)戶，在對(duì)獼猴桃果實(shí)分級(jí)時(shí)，農(nóng)戶首先可以在系統(tǒng)中選擇待分級(jí)的獼猴桃果實(shí)品種，然后將采摘后的獼猴桃果實(shí)逐個(gè)放在分級(jí)系統(tǒng)的稱重平臺(tái)上稱重，稱重的同時(shí)觀察獼猴桃果實(shí)的外觀和果實(shí)的形狀，在系統(tǒng)的顯示屏上會(huì)顯示出稱重之后的果實(shí)重量信息、已經(jīng)分級(jí)果實(shí)數(shù)量信息、語(yǔ)音播報(bào)分級(jí)結(jié)果（如二級(jí)果 98g）。農(nóng)戶可以快速準(zhǔn)確的獲得分級(jí)結(jié)果，有助于提高農(nóng)戶的果實(shí)分級(jí)效率。

所以果實(shí)分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是要滿足使用方便、分級(jí)迅速、準(zhǔn)確率較高、分級(jí)效率較高、成本較低等要求。

2 設(shè)計(jì)方案

獼猴桃果實(shí)分級(jí)系統(tǒng)從低成本、易于使用的角度出發(fā)，選擇按照果實(shí)重量分級(jí)的方法設(shè)計(jì)分級(jí)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由四部分組成：系統(tǒng)控制器、稱重傳感器、觸摸屏、語(yǔ)音輸出部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，觸摸屏既可以輸出分級(jí)信息又可以選擇待分級(jí)的果實(shí)品種，分級(jí)結(jié)果依靠語(yǔ)音輸出部分播放出來(lái)。

果實(shí)分級(jí)控制系統(tǒng)選擇性價(jià)比較高的三菱FX3U PLC作為系統(tǒng)控制器，稱重傳感器使用電阻應(yīng)變式壓力傳感器N430，該傳感器的量程為1Kg，精度可以達(dá)到0.1g，對(duì)于獼猴桃果實(shí)的稱重足夠使用。觸摸屏使用MCGS昆侖通態(tài)HMI，在HMI上可以由用戶選擇對(duì)不同的獼猴桃果實(shí)品種按照重量進(jìn)行分級(jí)。如圖2所示，可以選擇待分級(jí)的獼猴桃品種，顯示分級(jí)結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選擇了不同品種的獼猴桃共計(jì)140枚，將獼猴桃逐一放在稱重傳感器上進(jìn)行分級(jí)測(cè)試，并與人工分級(jí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，果實(shí)分級(jí)控制系統(tǒng)的分級(jí)結(jié)果令人滿意，分級(jí)準(zhǔn)確率達(dá)到100%，可以實(shí)現(xiàn)理想的分級(jí)。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)使用PLC和稱重傳感器、觸摸屏等設(shè)備設(shè)計(jì)了一種根據(jù)獼猴桃果實(shí)的重量進(jìn)行分級(jí)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制器、稱重傳感器、觸摸屏、語(yǔ)音輸出等四部分組成，系統(tǒng)可按照果實(shí)重量分級(jí)，分級(jí)設(shè)備成本較低，經(jīng)過(guò)測(cè)試，分級(jí)精度較高，分級(jí)結(jié)果令人滿意，達(dá)到了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：2016年陜西省教育廳科研項(xiàng)目“基于機(jī)器視覺(jué)和重量檢測(cè)的獼猴桃分選技術(shù)研究”（16JK1872）；2016年楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院校內(nèi)自然科學(xué)研究基金“基于機(jī)器視覺(jué)的獼猴桃分級(jí)技術(shù)研究”（A2016031）

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)娜（1979），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)檐浖夹g(shù)、控制理論。