基本信息
- 项目名称：
- 水果无损全自动综合分级设备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品设计的目的是对球形水果（如苹果、梨和柑橘等）进行全自动的分级，包括自动上料、称重、大小和表面品质分级等，对实现农业自动化具有一定的意义。
- 详细介绍：
- 本设计采用一条机械流水线，作为本系统的输送和传动装置，采用CMOS摄像头采集水果表面的图像，并送至Cyclone II系列FPGA内进行图像处理，从而可以精确计算出水果的果径和表面品质；而称重则通过一个压力传感器来获取。采用摄像头拍摄可以在不直接接触水果的情况下获取水果的信息，果径测量的精度可以达到1mm以内，并且本系统运行频率为100MHz，处理速度很快，从而提高了分级的效率；采用压力传感器获取水果的重量，本系统选取量程为600g，灵敏度为1mv/v的全桥电阻应变式传感器，受温度的干扰小，误差可以有效控制在3%到5%之间；采用图形化人机交互界面，操作简便、安全。本作品具有高效、高精度、节能、无损检测等优点，为水果分级提供了新的解决方案，具有良好的应用前景和推广价值。 主要创新点和关键技术： 1、采用SOPC技术来现实水果表面图像处理和控制，为SOPC技术应用于农业领域提供了新思路。 2、机电气结合，具有推广价值。 3、采用双摄像头，可以获得水果表面完整的信息。 4、采用图像处理技术，分级精度高，而且速度快。 5、采用图形化人机交互界面，能自动载入分级国家标准，同时用户也可以很轻松地更改系统参数，满足不同对象的需要。 6、功能完善，既能实现水果自动上料和无损分级，同时也可以按照重量、大小和表面品质进行分级。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品设计的目的是对球形水果（如苹果、梨和柑橘等）进行全自动的分级，包括自动上料、称重、大小和表面品质分级等，对实现农业自动化具有一定的意义。 主要创新点和关键技术： 1、采用SOPC技术来现实水果表面图像处理和控制，为SOPC技术应用于农业领域提供了新思路。 2、机电气结合，具有推广价值。 3、采用双摄像头，可以获得水果表面完整的信息。 4、采用图像处理技术，分级精度高，而且速度快。 5、采用图形化人机交互界面，能自动载入分级国家标准，同时用户也可以很轻松地更改系统参数，满足不同对象的需要。 6、功能完善，既能实现水果自动上料和无损分级，同时也可以按照重量、大小和表面品质进行分级。 主要技术指标： 系统可以按照重量、大小、表面品质将水果分为四个等级；每小时能够处理大约3吨水果；系统动力主要由一个250W的电机提供，总的功率仅在300W左右。
科学性、先进性
- 本设计采用一条机械流水线，作为本系统的输送和传动装置，采用CMOS摄像头采集水果表面的图像，并送至Cyclone II系列FPGA内进行图像处理，从而可以精确计算出水果的果径和表面品质；而称重则通过一个压力传感器来获取。采用摄像头拍摄可以在不直接接触水果的情况下获取水果的信息，果径测量的精度可以达到1mm以内，并且本系统运行频率为100MHz，处理速度很快；采用压力传感器获取水果的重量，本系统选取全桥电阻应变式传感器，受温度的干扰小，误差可以有效控制在3%到5%之间；采用图形化人机交互界面，操作简便、安全。 本设计采用Cyclone II系列FPGA。FPGA具有现场可编程的优点，同时也可以利用相关软件对系统进行定制，具有灵活、可编程等优点。最后本系统仅需采用250W的电机提供动力，功耗低。总之本产品具有高效、高精度、节能、无损检测等优点，为水果分级提供了新的解决方案，具有良好的应用前景和推广价值。 在后续工作中，还可以加入水果清洗和打包装置，实现水果从摘采到投入市场完整的工作流程。
获奖情况及鉴定结果
- 2009.11-2010.9成功完成“国家大学生创新性实验计划项目”。 获得《武汉教育电视台》的现场报道，同时也受到《长江日报》、《长江商报、《电子技术应用》杂志、《中国高校导航网》等新闻媒体的报道和关注。 获得两项国家实用新型专利（专利号：201020211571.7和201020211540.1）。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 采用摄像头拍摄水果的图像来获取果径和表面品质信息，保证了水果无损伤检测；采用全桥电阻应变式传感器获取水果重量，抗干扰能力强，精度高；采用片上可编程技术，达到了高速高效的特点；采用图形化人机交互界面，操作简便、安全；采用流水线工作模式，提高了系统的工作能力，适于工业化生产。 本作品主要适用于对果品进行分级的水果加工厂商、从事水果进出口的企业以及研究果品分级的各大科研院所。由于本作品具有拆卸方便、使用灵活、性价比高的特点，因此也适合广大的个体果农，及时帮助他们了解水果的品质，进而进行调整，改善水果的质量，提高收入。本设备成本低，产品量产成本约2000至3000元，性价比很高，具有很好的经济效益和市场前景。 我国是世界第一水果生产大国，但水果出口量低，其中一个重要原因就是采后商品化处理落后，导致水果市场竞争力弱。目前我国国内水果商品化处理过程中的清洁、打蜡设备已经比较成熟，关键在于分级技术还比较落后，因此本水果无损全自动综合分级设备，对于提高果品质量和生产效率、降低劳动强度有着重要价值。
同类课题研究水平概述
- 目前，在国内外研究中，对水果分级主要有两种方式。一种是采用纯机械的方式实现，主要是利用机械自身的机构特点和水果的特征来分级，用这种方式需要很大而且笨重的机构去实现，需要消耗大量能源；另外这种方式只是将水果分在某一个区间值内，无法做到更加精确的分级，同样也做不到对水果表面表面品质进行分级；再者机器在运行很容易对水果造成损伤，不利于水果的分级，影响水果的经济价值；最后机器总需要人员去操作，而且一般操作较为复杂，需配备专门人员操作机器。 另一种是借助计算机的方式，也是采用摄像头对水果进行拍摄，然后经过图像处理后得出相关信息。这种方式需要计算机的支持，同时往往需要大型的机构辅助分级，这样就会使这个设备的体积过于庞大；其次计算机相比于本设备采用的FPGA要贵得多，这样就提高了成本；最后计算机和大型机构的功耗一般较大，不符合当代节能减排的要求。 本作品设计的目的是对球形水果（如苹果、梨和柑橘等）进行全自动的分级，包括自动上料、称重、大小和表面品质分级等。主要特点是： 1、采用SOPC技术来现实水果表面图像处理和控制，为SOPC技术应用于农业领域提供了新思路。 2、机电气结合，具有推广价值。 3、采用双摄像头，可以获得水果表面完整的信息，测量数据准确、可靠。 4、采用图像处理技术，分级精度高，而且速度快。 5、采用图形化人机交互界面，能自动载入分级国家标准，同时用户也可以很轻松地更改系统参数，满足不同对象的需要。 6、功能完善，既能实现水果自动上料和无损分级，同时也可以按照重量、大小和表面品质进行分级。 水果无损全自动综合分级设备工作高速、高效、操作简便，具有很强的实用性和很广阔的市场前景，适于工业化投产，且具有很高的经济效益。
