電子式南美白對蝦貨架期預測專家系統的製作方法
2023-09-16 15:26:20
專利名稱：電子式南美白對蝦貨架期預測專家系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用實時監測方法對南美白對蝦貨架期進行實時預測的裝置，可以
依附在白對蝦上。
背景技術：
現階段的貨架期預測系統存在如下缺點其預測值與實際值的擬合度差，系統高功耗甚至要採用電源供電，裝置體積龐大，使用起來很不方便，不具備溫度和貨架期歷程查詢功能，無法將用戶感興趣的數據傳輸至上位機， 一般不具備報警功能，用戶不能根據自己的需求設定一些參數等，並且要求只能在食品產出時使用，因此沒有在現實生活中得到應用。因此，急需一種便捷、小巧、高擬合度、超低功耗、在食品任何階段均可以方便使用的貨架期預測裝置。
發明內容
本發明的目的在於提供一種對南美白對蝦的貨架期進行實時預測的電子式裝置，解決了南美白對蝦貨架期難以跟隨環境變化而實時預測的難題。 為了實現以上目的，本項發明提供了一種對南美白對蝦貨架期進行實時預測的裝置和貨架期計算方法，其特徵在於通過溫度傳感器實時採集白對蝦的溫度，將溫度值和所經歷的時間傳遞給微處理器，採用模糊規則庫裡面的某條規則對數據進行處理後，得到白對蝦的貨架期，同時經由顯示屏顯示出來。當白對蝦的溫度高於溫度閾值或貨架期低於貨架期閾值時發出警報，以提醒工作人員採取措施。最終實現對白對蝦品質、環境狀況和設備運行狀況進行實時自動化、智能化檢測。 所屬的軟體包括RS232串口通信軟體、溫度採集信息處理軟體、貨架期計算軟體、系統時間管理、報警信息處理、信息存儲等各種應用軟體。 所述的裝置包括基於MSP430F149的微處理器及其外圍電路、溫度傳感器模塊、單鍵按鍵模塊、報警模塊、液晶顯示模塊、擴展存儲模塊、日曆時鐘模塊以及基於RS232的串口通信模塊，各模塊間連接電路和電信號連接電路，見圖l和圖2。其中MSP430F149接受溫度傳感器採集到的溫度值，在採集到3個溫度值後按照某種規則計算貨架期，然後把溫度、貨架期、時間送由液晶顯示。溫度每次更新是對應的溫度、貨架期、時間都存儲在外擴DataFlash，其中時間由日曆時鐘晶片DS1302提供，只有第一次使用本裝置時需設置系統時間。溫度和貨架期超過閾值時，系統均提供報警功能。並且本裝置具有便捷、小巧、高擬合度、超低功耗、在食品任何階段均可以方便使用等優點，為採用實時監測方法對白對蝦貨架期進行實時更新和自動顯示提供了有效、可靠的處理設備及方法，提高了白對蝦的品質保障和利用效率。
圖1為本發明的組成模塊示意圖
圖2為本發明的硬體設計示意圖
圖3為本發明的系統功能示意圖
圖4為本發明的系統總流程圖
具體實施例方式
以下結合附圖及實例對本發明作進一步描述。 南美白對蝦貨架期預測專家系統裝置，其組成模塊示意圖包括MSP430F149、溫度 傳感器模塊、單鍵按鍵模塊、貨架期報警模塊、溫度報警模塊、液晶報警模塊、擴展存儲模 塊、日曆時鐘模塊、RS232串口通信模塊以及電源處理模塊等，由溫度傳感器模塊採集南美 白對蝦的實時溫度，和距離上次計算貨架期的時間，按照某種規則採用對應的一級動力學 反應式和Arrhenius方程計算南美白對蝦的剩餘貨架期；然後由液晶屏顯示當前溫度、貨 架期、時間；當溫度高於溫度閾值時，系統燈光報警；當貨架期低於貨架期閾值時，系統聲 音報警；系統預設的溫度閾值為2(TC，貨架期閾值為1.5天，用戶可以修改溫度和貨架期閾 值。每採集一次溫度，都把時間、溫度、貨架期保存在擴展存儲Data Flash裡，當用於需要 這些數據時，便可按照RS232串口協議將這些數據方便地傳輸到上位機上。本發明是食品 冷藏鏈中保證食品品的一個重要環節，系統溫度採集定時器時間到時，微控制器向傳感器 節點發布採集溫度的命令，並把採集到的溫度值保存到外擴存儲；由液晶屏顯示白對蝦當 前的溫度、貨架期、時間，並對這些數據進行存儲；按照用戶的需求，可查詢白對蝦的歷史溫 度以及將感興趣的數據傳輸至上位機。本系統存儲容量大、計算能力強，軟體功能智能化， 擁有統一完整的外部接口和通用標準接口 (JTAG調試接口 、 USB接口等)，並具有很好的擴 展性和高度的靈活性，裝置硬體電路設計包括基於MSP430F149的微處理器、溫度傳感器、 單鍵按鍵、報警、液晶屏、擴展存儲Data Flash、日曆時鐘晶片以及基於RS232的串口通信 電路，及各模塊間連接電路和電信號連接電路的嵌入式硬體平臺。軟體包括RS232串口通 信軟體、溫度採集信息處理軟體、貨架期計算軟體、系統時間管理、報警信息處理、信息存儲 等各種應用軟體。其中，所述的貨架期計算軟體，是基於大量實驗得到的模糊規則庫，根據 實際的情況採用不同的規則按照一級動力學模型和Arrhenius方程計算白對蝦的貨架期， 從而最終實現了具有高擬合度的實時貨架期預測功能。
本發明裝置採用的主要技術如下
1.嵌入式技術 對於系統整個裝置的設計，是基於嵌入式技術進行的。嵌入式的優點是可處理大 量採集信號，處理速度快，實時性好，主控制器採用TI公司生產的MSP430F149，具有60KB 的FLASH和2KB的RAM, FLASH主要用戶存放系統軟體，如RS232串口通信軟體、貨架期計算 軟體等各種應用軟體；主頻率可達8Mhz ;硬體乘法器使系統更快地得到白對蝦的實時貨架 期；其USART支持UART功能和SPI功能，實現系統數據的快捷傳輸；定時器可以實現對溫度 採集時間和貨架期計算時間的定時功能，當定時時間到時觸發系統採集溫度或者計算貨架 期。 2. RS232技術 本系統存儲於以SPI方式實現外擴Data Flash裡面的數據，在用戶需要時，可以 通過RS232串口通信方式傳輸至上位機上。RS232是現今發展成熟的串口數據傳輸協議，數據傳輸過程信號穩定，不需要外接電源，只需2號、3號引腳便可以實現數據傳輸，因此被選 作本裝置與上位機的通信協議，系統微處理器MSP430F149的UTXD1、UXD1支持UART數據傳 輸方式，分別與2號、3號引腳連接，即可實現數據的傳輸，其中本裝置自定義RS232的具體 通信協議過程。 3.現場數據處理技術 在本裝置的硬體電路上採用SPI電路外擴一片ATMEL大小為2Mb的Data Flash芯 片AT45DB021用於溫度、貨架期歷程數據的存儲。由溫度傳感器採集來的溫度值的準確度 是整個系統正常運行的關鍵， 一個錯誤的溫度值即可使得貨架期的計算程序跑飛，因此本 裝置採用兩種方法來確保採集溫度值的準確度。其一，在本裝置的硬體設計上採取溫度傳 感器的線性化處理；其二，為提高採集溫度的精確性，在軟體上進一步對溫度值進行標定。
本裝置的標定方法如下首先將溫度傳感器至於標準參考溫度下，記錄下在此標 準參考溫度下由溫度傳感器採集的數位訊號值，按照從小到大的順序測量出與標準溫度值 對應的有溫度傳感器採集的測量值，便可得到一組不等間距的已知數據，據此便可求出這 些數據之外的傳感器溫度所對應的實際標準溫度。常用的校正方法由線性插值、多項式插 值、最小二乘擬合法等。考慮到本系統的存儲和運算能力，採用最小二乘擬合法進行函數逼 近，使得求出的函數與實際有較高的擬合度，同時也要求函數在形式上也儘可能簡單。由於 溫度傳感器採集的溫度值與標準的絕對溫度成正比例，再經過硬體上的線性化處理，可以 確定本裝置所需的最小二乘法得到的函函數形式為直線。
權利要求
一種基於嵌入式晶片MSP430F149的電子式南美白對蝦實時貨架期預測裝置，包括微處理器、與上位機串口通信模塊、液晶顯示器、外擴Data Flash晶片、日曆時鐘晶片、溫度傳感器、單鍵按鍵和報警等裝外圍電路及各器件間的電信號連接電路；其中與上位機的串口通信模塊採用RS232網絡，並自定義網絡通信協議；本裝置通過RS232串口與上位機進行通信，傳輸數據至上位機。
2. 基於嵌入式晶片MSP430F149的電子式南美白對蝦實時貨架期預測裝置，其特徵在於系統自帶有60KB的FLASH和2KB的RAM，其中FLASH用來存放系統代碼，包括RS232串口通信軟體、溫度採集信息處理軟體、貨架期計算軟體、系統時間管理、報警信息處理、外擴存儲等各種應用軟體等；另外，本裝置外擴2Mb的Data Flash,用於存放白對蝦的溫度和貨架期歷程數據。
3. 基於嵌入式晶片MSP430F149的電子式南美白對蝦實時貨架期預測裝置是基於TTT(Time-Temperature-Tolerance)理論預測白對蟲下的貨架期，即以TVBN、菌落總數、K值、感官評定、ra值5個指標為基準，基於大量實驗得到的基於TVBN和菌落總數的模糊規則庫，根據實際的情況採用不同的規則按照一級動力學模型和Arrhenius方程預測白對蝦的貨架期。
4. 基於嵌入式晶片MSP430F149的電子式南美白對蝦實時貨架期預測裝置，其特徵在於對溫度傳感器進行了線性化處理和溫度標定。
全文摘要
本發明屬於溫度檢測技術領域，具體為一種用於南美白對蝦在運輸銷售過程中的實時檢測溫度和預測貨架期的裝置，可直接依附於南美白對蝦表面，對其溫度和貨架期實時更新和顯示。裝置通過溫度傳感器採集溫度，而後將溫度值送到微控制器，按照某種方法計算得貨架期，再由液晶屏顯示溫度值和貨架期、時間；此外，還可以將這些數據通過RS232串口通信模塊與上位機進行通信，把數據傳輸至上位機；用戶可以根據自己需要，設置個性化的貨架期預測專家系統，系統還提供有報警功能。本裝置可實現白對蝦實時溫度的檢測和貨架期預測的功能，可將數據發送到PC機上。本發明高效、可靠、操作方便，解決了白對蝦在運輸銷售中實時貨架期難以預測的難題。
文檔編號G06Q50/00GK101714224SQ20091005392
公開日2010年5月26日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者劉麗媛, 劉慧芳, 卜濤, 謝晶, 陳明, 高強 申請人:上海海洋大學