互联网+现代农业系列研发水果动态分级系统
水果分级作为水果产后加工的环节之一，在现代农业中扮演着愈发重要的角色。精细的水果分级有助于给不同消费群体提供更多选择性。本课题采用电子式水果分级技术，设计了一个基于重量的水果动态分级系统。该系统使用STM32F103C8T6作为主控芯片，配以人机界面、语音报警等单元，以实现更生动的人机交互。系统可依据重量将水果分为五个等级，同时完成各级别水果个数的累计。数据传输采用串口通信的方式，系统工作时由PC端发送重量数据给主控芯片，经主控芯片处理后向电机驱动发出控制信号，将水果传送至相应分选口。最终，触摸显示屏上显示出分级累计个数，并在个数达到规定值时语音报警。关键词 水果动态分级，重量，人机界面，语音报警，传送装置
目 录
1 引言 1
2 课题研究背景 1
2.1 水果分级标准概述 1
2.2 水果分级技术发展现状 2
2.3 应用前景 3
2.4 本课题研究内容 3
3 系统方案设计 4
3.1 系统组成 4
3.2 系统总体技术方案 4
4 硬件设计 5
4.1 硬件设计构想 5
4.2 电源模块 6
4.3 主控芯片模块 6
4.4 人机界面模块 8
4.5 语音提醒模块 9
4.6 电机驱动模块 10
4.7 传送装置结构 12
5 软件设计 14
5.1 软件设计构想 14
5.2 主程序 15
5.3 HMI显示方案设计 16
5.4 参数接收子程序 18
5.5 语音提醒子程序 19
5.6 分级处理子程序 19
5.7 电机驱动子程序 22
5.8 中断服务子程序 24
6 系统调试 24
6.1 电源调试 24
6.2 触摸显示屏调试 24
6.3 语音调试 27
6.4 电机驱动调试 29 结论 32
致谢 33
参考文 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
献 34
附录A硬件电路原理图 34
附录B元器件清单 35
附录C程序清单 36
1 引言
随着21世纪经济的飞速发展，人民日益增长的物质文化需要对我国的农业生产效率和质量都提出了更高的要求。就我国种植业而言，水果是仅次于农作物的主要生产对象。眼观近年，我国水果产量逐年提升，根据我国农业部种植业管理司的数据库统计，自2010年至2016年，我国水果年产量已从2.14亿吨增长至2.75亿吨，每年都保持着至少1.5%的增长率。然而，我国的水果行业在进出口方面却表现的不太出色，作为一个水果生产大国，即便有着丰富的水果资源，出口量仍不及进口量，本土果农面对的市场竞争愈发激烈。
我国地理位置优越，水果的品种和产量均位于世界前列，但却始终被贴着质量堪忧的标签，反而是众多进口水果成为了精品水果的代名词。归根结底，还是由于国内水果产业在深加工环节存在缺陷。水果分级作为水果产后商品化处理的重要组成部分，在判断水果品质、筛选优质水果方面起着关键作用。较之国外，我国水果行业欠缺的正是精确高效的分级技术。
目前，自动化的水果清洗、打蜡技术在我国已逐渐成熟，但是分级技术还比较落后[1]，大部分果农采取的还是人工分拣以及少许机械分选，其效率和质量都不足以和当前的市场需求相抗衡。随着“互联网+”概念的推广，先进的物联网技术、信号处理技术正在与现代农业生产相结合，本文就介绍了一款自主开发的水果动态分级系统，旨在实现更智能的分级流程，减少果农工作量，提升果品竞争力。
2 课题研究背景
2．1 水果分级标准概述
既然要将水果分出等级，便需要依据一定的标准。国内外统一将水果分级指标分为外部品质和内部品质两方面。外部品质包括果实的大小、重量、形状、色泽、表面缺陷等；内部品质则包括果实的糖度、硬度、酸度、成熟度等。
国内有关水果分级的研究起步较晚，由于水果内部品质检测技术[2]的成熟性和通用性均不敌已有的外部品质检测技术，因而在我国，分级系统的设计主要还是基于外部品质。国外早在20世纪80年代就展开了基于水果外部品质的分级技术研究[3]，并且分级的概念早已深入果农心中。随着生活水平的提升，消费者对水果口感、含糖量等品质产生了更挑剔的要求，这种新需求促使基于内部品质的水果分级技术得以在国外进一步创新和成熟。
2．2 水果分级技术发展现状
由于长时间、高强度的劳动会使人的身体疲劳，人工分选呈现出效率较低、分级结果不精确等弊端，在速度和质量上都无法满足日新月异的市场需求，因而自动化式的水果分级机一直是现代农业研发的一个重点。国内外水果分级技术的发展大致经历了从机械式、电子式到基于机器视觉技术的过程[4]。
2.2.1 机械式水果分级技术
针对球形水果，机械式分级是一类将水果由滚轮推送至传送带或输送链，经过形状固定的分级部件后，先后落入对应输出口的分级技术。相对人工分拣而言，具有速度较快、精度较高的优点，并且设备结构简单、造价较低，但是分级标准的可调性较差，水果在传送和翻转过程中也更易损伤。按照工作原理的不同，机械式分级主要分为三种：滚杠式、辊轴式、滚筒式[5]。
(1)滚杠式分级
滚杠式分级部件是一组平行放置、间距由小变大的滚杠，当水果滚至直径与滚杠间隙相一致的位置处便会落入下方果筐。该种技术常用于水果大小的分级，机械结构故障率低，但分级精度不高，且水果易堆叠，碰撞强度高。
(2)辊轴式分级
辊轴式分级技术是通过多根辊轴自转带动水果的转动，直至运动到果实直径与分选口吻合的位置时，水果才由此落下。该种分级技术较为准确，但机械结构在实现上也较复杂，设备成本高。国内有吴德光[6]等对辊轴式分级技术进行了研究。
目 录
1 引言 1
2 课题研究背景 1
2.1 水果分级标准概述 1
2.2 水果分级技术发展现状 2
2.3 应用前景 3
2.4 本课题研究内容 3
3 系统方案设计 4
3.1 系统组成 4
3.2 系统总体技术方案 4
4 硬件设计 5
4.1 硬件设计构想 5
4.2 电源模块 6
4.3 主控芯片模块 6
4.4 人机界面模块 8
4.5 语音提醒模块 9
4.6 电机驱动模块 10
4.7 传送装置结构 12
5 软件设计 14
5.1 软件设计构想 14
5.2 主程序 15
5.3 HMI显示方案设计 16
5.4 参数接收子程序 18
5.5 语音提醒子程序 19
5.6 分级处理子程序 19
5.7 电机驱动子程序 22
5.8 中断服务子程序 24
6 系统调试 24
6.1 电源调试 24
6.2 触摸显示屏调试 24
6.3 语音调试 27
6.4 电机驱动调试 29 结论 32
致谢 33
参考文 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
献 34
附录A硬件电路原理图 34
附录B元器件清单 35
附录C程序清单 36
1 引言
随着21世纪经济的飞速发展，人民日益增长的物质文化需要对我国的农业生产效率和质量都提出了更高的要求。就我国种植业而言，水果是仅次于农作物的主要生产对象。眼观近年，我国水果产量逐年提升，根据我国农业部种植业管理司的数据库统计，自2010年至2016年，我国水果年产量已从2.14亿吨增长至2.75亿吨，每年都保持着至少1.5%的增长率。然而，我国的水果行业在进出口方面却表现的不太出色，作为一个水果生产大国，即便有着丰富的水果资源，出口量仍不及进口量，本土果农面对的市场竞争愈发激烈。
我国地理位置优越，水果的品种和产量均位于世界前列，但却始终被贴着质量堪忧的标签，反而是众多进口水果成为了精品水果的代名词。归根结底，还是由于国内水果产业在深加工环节存在缺陷。水果分级作为水果产后商品化处理的重要组成部分，在判断水果品质、筛选优质水果方面起着关键作用。较之国外，我国水果行业欠缺的正是精确高效的分级技术。
目前，自动化的水果清洗、打蜡技术在我国已逐渐成熟，但是分级技术还比较落后[1]，大部分果农采取的还是人工分拣以及少许机械分选，其效率和质量都不足以和当前的市场需求相抗衡。随着“互联网+”概念的推广，先进的物联网技术、信号处理技术正在与现代农业生产相结合，本文就介绍了一款自主开发的水果动态分级系统，旨在实现更智能的分级流程，减少果农工作量，提升果品竞争力。
2 课题研究背景
2．1 水果分级标准概述
既然要将水果分出等级，便需要依据一定的标准。国内外统一将水果分级指标分为外部品质和内部品质两方面。外部品质包括果实的大小、重量、形状、色泽、表面缺陷等；内部品质则包括果实的糖度、硬度、酸度、成熟度等。
国内有关水果分级的研究起步较晚，由于水果内部品质检测技术[2]的成熟性和通用性均不敌已有的外部品质检测技术，因而在我国，分级系统的设计主要还是基于外部品质。国外早在20世纪80年代就展开了基于水果外部品质的分级技术研究[3]，并且分级的概念早已深入果农心中。随着生活水平的提升，消费者对水果口感、含糖量等品质产生了更挑剔的要求，这种新需求促使基于内部品质的水果分级技术得以在国外进一步创新和成熟。
2．2 水果分级技术发展现状
由于长时间、高强度的劳动会使人的身体疲劳，人工分选呈现出效率较低、分级结果不精确等弊端，在速度和质量上都无法满足日新月异的市场需求，因而自动化式的水果分级机一直是现代农业研发的一个重点。国内外水果分级技术的发展大致经历了从机械式、电子式到基于机器视觉技术的过程[4]。
2.2.1 机械式水果分级技术
针对球形水果，机械式分级是一类将水果由滚轮推送至传送带或输送链，经过形状固定的分级部件后，先后落入对应输出口的分级技术。相对人工分拣而言，具有速度较快、精度较高的优点，并且设备结构简单、造价较低，但是分级标准的可调性较差，水果在传送和翻转过程中也更易损伤。按照工作原理的不同，机械式分级主要分为三种：滚杠式、辊轴式、滚筒式[5]。
(1)滚杠式分级
滚杠式分级部件是一组平行放置、间距由小变大的滚杠，当水果滚至直径与滚杠间隙相一致的位置处便会落入下方果筐。该种技术常用于水果大小的分级，机械结构故障率低，但分级精度不高，且水果易堆叠，碰撞强度高。
(2)辊轴式分级
辊轴式分级技术是通过多根辊轴自转带动水果的转动，直至运动到果实直径与分选口吻合的位置时，水果才由此落下。该种分级技术较为准确，但机械结构在实现上也较复杂，设备成本高。国内有吴德光[6]等对辊轴式分级技术进行了研究。
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