基于MEMS与单片机的西瓜成熟度无损检测系统的研究.pdf

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1、第23卷第1期2010年1月机电产品开崖与刨新Development＆InnovationofMa,‘hinery＆Elet‘Ii‘’alProductsV01．23．No．1dan．．2010文章编号：1002—6673(2010)Ol一132—03基于MEMS与单片机的西瓜成熟度无损检测系统的研究沈蓉尔，韩玉杰，吴刚(东北林业大学，黑龙江哈尔滨150040)摘要：通过对西瓜的力学和物理特性的分析，设计一套以凌阳十六位单片机为控制核心，以MEMS(微机电系统)加速度传感器为检测工具，以FFT(快速傅里叶变换)为信号分析和计算方法的西瓜成熟度快速检测装置。检测过程中，利用对西瓜的敲击产

2、生的振动频率响应，来准确判断西瓜的成熟程度。检测结果将显示在液晶显示器上，包括振动波形，振动频率和成熟度指数，并且进行成熟度等级分类。关键词：MEMS：单片机：西瓜成熟度中图分类号：TM93文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2010．01．054Non-destructiveTestingSystemofWatermelonMaturityBasedonMEMSandMCUSHENRong-Er，HANYu-Jie，WUGang(CoDegeofElectromechanicalEngineering，NortheastForestryUniver

3、sity，HarbinHeilon萄iang150040，China)Abstract：Thisarticleanalyzethephysicalandmechanicalcharacteristicsofthewatermelon，designedahigh—speeddetectorthatbasedonthecorechipSPCE061A，usingMEMS(Micro—Electro—MechanicalSystems)asdetectorandusingFFT(FastFouriertransformation)asthemethodofanalysisandcalcula

4、tionofthesignal．Intheprocessofdetecting，itjudgesthematurityindexofthewatermelonpreciselyusingthevibrationfrequencyresponseofthewatermelon．ThetestresultsshowontheLCDincludingvibrationwaveform．frequencyofvibrationIm—turityindexandclassifytheindex．Keywords：MEMS；MCU；watermelonmaturity0引言如何科学地、按两瓜成熟度

5、分级销售．对消费者和销售者都是有益的。这方面罔内外学者也开始了研究。本系统是基于MEMS和凌阳单片机的两瓜成熟度检测系统，利用MEMS加速度传感器体积小质量轻性能稳定、响应快、频带宽、成本低等特点．以冲击振动无损检测：原理为基础，运用单片机实现检测的自动化和智能化，通过振动电路将两瓜成熟度信号经过MD采样，经过F订(快速傅里叶变换)得出西瓜振动的同有频率，经过单片机处理最终在液晶上显示出振动频率、西瓜质量和振动波形，并对西瓜成熟度进行分等。在传感器方面引入MEMS(微机电系统)技术，运l用了MEMS加速度传感器．而微机电系统是在集成电路生产技术和专用的微机电加丁方法的技术上发展起来的—

6、—收稿Et期：2009—11—24作者简介：沈蓉尔(1986-)，女，上海人，硕士研究生。研I究方向：智能检测与控制；韩玉杰(1951一)，男，黑龙江哈：尔滨人。博士生导师。研究方向：智能检测与控制。132高新科技，具有体积小、质量轻、性能稳定、可靠性高、频带宽、成本低等优点，是当今学科交叉的前沿领域。1检测原理西瓜内部的物理结构分为瓜皮和瓜瓤。从力学角度，瓜瓤各部分相差较大。因此瓜瓤又可分为i层。第一层为接近瓜皮部分．第二层为中问层．第三层为中心部分。西瓜在成熟的过程中，瓜皮的硬度和弹性模虽逐渐增加，但内部瓜瓤组织细胞问结合力随成熟度而变小。因此瓜瓤变松、脆。瓜瓤的弹性模量随成熟而变

7、小Ill。谣瓜可以简化为多层球状弹性体。当其受到瞬态冲击时，球体将产生振动响应。按照弹性体振动理论：由冲击造成的振动响应的频率是弹性体的固有频率。球体的固有频率与其材料的密度、几何尺寸和弹性模苗等因素有关。其关系可南球体振动的微分方程解出。V2X+(¨斗)VVX=PX式中：X一球体的位移；k№p～材料常数由此方程可得到拉压弹性模量E与固有频率f的关系：E∞fSn加·测试与控制·已知西瓜越成熟，瓜瓤的弹性模量越小。但由于直接测量弹性模蹙是破坏性的