动态禽蛋自动敲击发声装置及蛋壳裂纹声学检测的研究

论文摘要

禽蛋蛋壳破损后极容易遭受细菌侵入,保鲜期变短,存在安全隐患,因此需在加工过程中及时剔除掉。本文在课题组前期研究成果的基础上,进行了部分方案的改进和优化,最终设计了一个禽蛋裂纹动态识别系统。该系统功能齐全,能够对蛋辊运输线上的禽蛋,完成蛋壳表面的自动敲击、发声信号的同步采集、分析、裂纹识别、以及剔除工作。论文的主要研究内容和结论如下：(1)禽蛋裂纹动态识别系统硬件以TMS320F28335芯片作为主处理器,其外围硬件实现电路主要包括蛋壳敲击声音采集电路、信号调理电路、外接A/D接口、分级驱动电路等。完成后的系统运行稳定,对蛋辊运输线上的禽蛋基本能够实现破损识别和分级功能。系统采用外部中断触发方式,实现对蛋壳敲击发声信号的同步采样,即由自动敲击装置发出的信号,引导系统实现对蛋壳敲击发声的信号的同步采集,将采集时间缩短至23ms。(2)为配合实时检测流程,本文还介绍了一种轻巧的禽蛋自动敲击装置,该装置配有光电传感器,可以对禽蛋位置进行识别,并实现对禽蛋的大头、赤道、大头等三个部位的敲击作业。自动敲击装置运行稳定,敲击力度适中,不会对禽蛋造成机械损伤,一次完整的动作所需最长时间为72ms。激光触发装置反应快速、准确,能够根据鸡蛋的运动位置及时地引导敲击筒准确敲击在蛋壳上,试验过程中没有出现漏敲和误敲的现象,适用于在线检测。(3)在DSP软件程序设计上,采用模块化的设计思想,按照实现功能将程序划分成DSP初始化模块、定时中断采样模块、数据预处理模块、判别模块和分级驱动模块五个独立模块分别独立设计,其编程实现采用C语言和汇编语言混合编程的方法。IIR数字滤波器和FFT变换的DSP软件实现本文软件编程关键和难点,为此,调用了TI公司针对C28系列的DSP的编写的Filter Library和FFT Library库文件,以加快系统软件的开发进度。(4)通过MATLAB软件对获取的试验数据进行了分析,发现好壳蛋与破损蛋之间区别较大的声音特征参数：共振峰值、功率谱面积、持续时间、振铃计数、下降时间和能量计数。依据Bayes判别原理,运用SAS 8.0软件对以上特征参数数据进行Bayes判别运算,并建立了好壳蛋和破损蛋的判别模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 禽蛋破损检测方法概述
• 1.2.2 声学检测方法在禽蛋破损检测领域的应用
• 1.2.3 DSP在声音识别领域的应用
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 禽蛋破损检测系统方案的制定
• 2.1 研究目标
• 2.2 多方案的比较和优化
• 2.3 方案的确定
• 第三章 自动敲击装置的设计
• 3.1 自动敲击装置性能要求
• 3.2 敲击执行装置的组成结构设计
• 3.3 敲击执行装置的工作原理
• 3.4 敲击执行装置的控制参数
• 3.5 自动敲击装置硬件电路设计
• 3.5.1 光电检测电路
• 3.5.2 线圈驱动电路
• 3.6 自动敲击装置控制软件设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于DSP的禽蛋破损动态识别与分级实现
• 4.1 DSP芯片的选择
• 4.2 检测分级系统的硬件电路设计
• 4.2.1 声音信号采集及调理电路
• 4.2.2 外扩AD接口电路
• 4.2.3 通信电路
• 4.2.4 分级驱动电路
• 4.3 检测分级系统软件设计
• 4.3.1 DSP集成开发环境CCS3.3概述
• 4.3.2 软件总体设计
• 4.3.3 DSP主程序
• 4.3.4 初始化程序模块
• 4.3.5 定时中断采样模块
• 4.3.6 数据处理程序
• 4.3.7 分级驱动程序模块
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的试验验证及分析
• 5.1 试验研究
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验装置
• 5.1.3 试验步骤和方法
• 5.2 试验数据处理
• 5.2.1 试验数据分析
• 5.2.2 特征参数选择
• 5.3 破损识别模型的建立
• 5.4 判别结果检验
• 5.5 系统检测效果验证
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录A 试验数据
• 附录B 自动敲击执行装置实物图