雞蛋破損自動檢測系統(tǒng)

1、 院畢業(yè)設計（論文）題 目 雞蛋破損自動檢測系統(tǒng) 英文題目 research for automatic detection of detection of eggshell crack 學生姓名 班 級 指導教師 專 業(yè) 自動化 二零零六年六月摘要在雞蛋加工過程中,剔除損殼蛋是保證加工質量及節(jié)約成本的一道重要工序。目前常用的方法是人工檢測法，這種方法不僅操作工作條件差，勞動強度大，而且檢測效果不高，因此，探尋科學實用的雞蛋破損檢測技術是一項非常有意義的工作。本文首先探索雞蛋破損的聲音檢測法。好殼蛋和損殼蛋在被其他物體碰撞時，蛋殼會發(fā)出不同的聲音，好殼蛋蛋殼發(fā)出的聲音清脆，而損殼蛋蛋殼發(fā)出的聲

2、音沙啞，沉悶。利用這一特點，構建了拾音器聲卡計算機檢測系統(tǒng)，試驗研究采集敲擊雞蛋的聲音信號，再將敲擊雞蛋的模擬信號轉換成能被計算機處理的數(shù)字信號，然后對敲擊雞蛋的聲音信號進行頻譜分析找出區(qū)分損殼蛋與好殼蛋的顯著性因子，依據(jù)這些影響因子，運用bayes判別原理，分別建立好殼蛋與損殼蛋的判別模型，并依據(jù)判別模型判斷雞蛋蛋殼是否破損。運用這種檢測方法能夠判別雞蛋蛋殼是否破損。其次，在軟件設計方面，本文運用visual c+編制檢測試驗程序采集數(shù)據(jù)，從而設計出雞蛋破損檢測判別模型。依據(jù)此研究方法和模型，運用visual c+編制出基于windows系統(tǒng)的雞蛋破損聲音檢測程序，該程序可以對敲擊雞蛋蛋殼發(fā)

3、出的聲音信號進行采集、分析處理并判別出雞蛋蛋殼是否破損。 最后，在硬件設計方面，本研究包括兩個方面的工作，一是自動敲擊裝置的設計，它是由555芯片和一些電子元件構成的多諧振蕩電路部分以及與其配套的機械裝置部分構成，它能夠對雞蛋自動連續(xù)地敲擊，并且能夠靈活改變敲擊的頻率和力度。 關鍵詞破損檢測； 自動敲擊裝置； 聲音采集abstractgetting rid of cracked eggshells is an important procedure for guaranteeing quality of processing chicken eggs and saving cost . det

4、ecting chicken eggs by hand not only is badness for its working conditions and laboring intension, but also the efficiency is very low . so finding a scientific, applicable and fast detecting method for removing cracked eggshells is very urgent in this paper, first, we should explore an acoustic imp

5、ulse method to detect chicken eggshells.the sound is different between normal chicken eggshells and cracked chicken eggshells when being knocked by stiffer materials; the sound of normal eggshells is very silvery and sonorous, while the sound of cracked eggshells is very toneless and tedious. in the

6、 established microphone-sound blast-computer detecting system we carried out experiments, first collected the sound signals of chicken eggshells by the microphone, then converted analog signals into digital signals, and then we could make frequency chart for the sound signal by the computer, after t

7、his we could find out remarkable factors that are affected to distinguish cracked eggshells and normal eggshells, then we made use of “bayes” discriminance according to these influence genes, we could establish the distinguishing functions of normal eggshells and cracked eggshells respectively .seco

8、nd, in this paper, we should program . we programmed the testing procedure by using visual c+, so we could acquire some testing data, and then we established distinguishing models . according to this research method and the model, we use visual c+ programming the procedure of detecting crack eggshel

9、ls basing on the windows system . the procedure was programmed to collect sound signals and analyze signals and judge if the eggshell is cracked.at last, in this paper, we have done a job to deal with in hardware designing . that is the designing of automatically knocking equipment, it consists the

10、circuit with the 555-chip、some electronic components and the corresponding mechanic equipment . it could knock at duck eggshells qutomatically and continuously and it can alter the frquency and force of knocking neatly when it worked . keywordscrack detection ; equipment automatically ; collect the

11、sound signals目 錄摘要關鍵詞abstract1. 緒論11.1 課題研究意義11.2 禽蛋品質檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其展望11.3 課題研究目標52. 破損檢測系統(tǒng)的基本工作原理62.1材料與方法62.2破損檢測參數(shù)的設定73. 破損檢測系統(tǒng)設計103.1 系統(tǒng)的硬件設計103.1.1自動敲擊電路的原理103.1.2 敲擊裝置結構及其工作過程143.2 系統(tǒng)的軟件設計153.2.1 系統(tǒng)界面及其設計過程15 3.2.2 聲音信號采集模塊253.2.3 聲音信號處理模塊284. 結論與討論334.1 結論334.2 討論33致謝34參考文獻35附錄137附錄238緒論1.1 課題來

12、源及研究意義雞蛋含有人體所需要的各種營養(yǎng)成分，其中蛋白質含量在12%以上，脂肪含量在11%以上，且其組成比例非常適合人體需要，這些營養(yǎng)成分在人體內(nèi)利用率非常高，同時雞蛋經(jīng)過加工，可以制成各種深受消費者喜愛的傳統(tǒng)風味蛋制品如松花蛋、咸蛋等。雞蛋由蛋殼、蛋清、蛋黃三部分組成。蛋殼的作用是保護蛋清和蛋黃，蛋殼由角質層、蛋殼組織和蛋殼膜三部分組成。新鮮蛋的蛋殼表面覆蓋著一層黏液，這種無定形結構、透明、可溶性的膠質黏液干燥而形成的薄膜即角質層，完整的薄膜能透水、透氣，但可抑制有害生物侵入蛋內(nèi)。蛋殼組織是包裹在新鮮雞蛋內(nèi)容物外面的一層硬殼，它使蛋具有固定形狀并起著保護蛋清、蛋黃的作用，但其質脆不耐碰撞和擠

13、壓，蛋殼組織上有許多肉眼看不見的微小氣孔，這些氣孔是鮮蛋進行代謝的通道，同時它們對蛋品加工有一定的作用。蛋殼膜分內(nèi)、外兩層，兩層膜在結構上大致相同，都是角質蛋白纖維交織成的網(wǎng)狀結構，所不同的是外殼膜纖維紋理較緊密細致，細菌不容易通過，這兩層膜的透過性比蛋殼小，對微生物均有阻止通過的作用，具有保護蛋內(nèi)容物不受微生物侵蝕的作用，同時這兩層薄膜還能防止蛋內(nèi)水分大量揮發(fā)。蛋殼一旦破損，外界微生物就會很快進入蛋內(nèi)，蛋就不能夠再被食用；在蛋產(chǎn)品的加工過程中，若蛋殼破損，蛋內(nèi)容物就會流入加工所用的料液中，污染整個料液，從而導致加工質量難以保證。因此剔除損殼蛋是蛋產(chǎn)品加工過程中一道極其重要的工序。當前，在國內(nèi)

14、的雞蛋加工廠中，剔除損蛋殼主要是依靠人工檢測法，即通過操作工的感官來測定蛋殼破損。人工檢測損殼蛋的方法勞動強度大，且其檢測精度依據(jù)操作工的工作經(jīng)驗而異，此外，檢測精度也因操作工的疲勞、情緒等受到影響，因此精度要求不能得到保證。因此，探尋科學的、實用的檢測雞蛋破損的自動化技術是迫切需要的。1.2 禽蛋品質檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其展望當前，國內(nèi)外對禽蛋品質檢測主要有下列一些方法：利用光學特性檢測禽蛋品質。光學無損檢測的原理是：光能照射到物體上以后，一部分被外表面反射；一部分進入物體內(nèi)遇到細胞結構或產(chǎn)生散射，或被物體所吸收；其余部分則透過物體，這幾部分比例的大小，取決于被照物體的表面狀況、內(nèi)部成分、

15、折射率以及入射光的波長等因素，設入射光強為i，則根據(jù)朗伯定律，透射光強i由式（1-1）確定： i=ie=ie （1-1） 式中 a物體的吸收系數(shù) a 散射系數(shù) a 衰減系數(shù) d 光透過物體的距離物體的透光程度常用光od值來度量，它是物體透射率（t=i/i）的倒數(shù)之對數(shù)，由式（1-1）可得 od=lg(1/t)=lg(i/i)=lge ( 1-2 )只要找出光密度od或透射率t與蛋內(nèi)部品質之間的相關關系就可判斷其新鮮度。吳守一等人分析了光密度和透射率與雞蛋內(nèi)部品質之間的相關關系，通過新鮮度追蹤試驗，找出了雞蛋透射率值與一般新鮮度指標（哈夫值、蛋黃指數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮）之間的相應關系，并建立了雞蛋的

16、新鮮度因子，得出了相應的等級分界值，為雞蛋無損檢測標準和設計雞蛋新鮮度分級裝置提供了理論參考。方如明等人為提高雞蛋內(nèi)部品質光特性無損檢測的精度，建立了雞蛋的光學模型，找出了整蛋、蛋內(nèi)容物、蛋殼三者透射特性之間的關系，通過試驗研究得到了雞蛋內(nèi)部品質指標（哈夫單位）與整蛋透射率、蛋殼顏色和外形參數(shù)之間的相關關系。陳斌等研究雞蛋主要成分的光譜透射特性，分析它們的光譜透射曲線和存放時間的變化趨勢，并對雞蛋做了大量的跟蹤試驗，探索通過測量雞蛋的光譜透射特性評價雞蛋品質的新方法，為進一步設計全自動雞蛋品質檢測設備提供了有價值的參考數(shù)據(jù)。利用計算機視覺檢測禽蛋品質。機器視覺技術是70年代初期在遙感圖片和生物

17、醫(yī)學圖片分析兩項應用技術取得卓有成效的成果后開始嶄露頭角的。現(xiàn)在，隨著圖像處理技術的發(fā)展與計算機硬件成本的下降及運行速度的提高，在農(nóng)產(chǎn)品品質自動檢測和分級領域應用機器視覺系統(tǒng)已變得越來越具有吸引力。農(nóng)產(chǎn)品在其生產(chǎn)過程中由于受到人為和自然等復雜因素的影響，產(chǎn)品品質差異很大,如形狀、大小和色澤等都是變化的，很難整齊劃一，故在農(nóng)產(chǎn)品品質檢測與分析時要有足夠的應變能力來適應情況的變化。機器視覺不僅是人眼的延伸，更重要的是具有人腦的部分功能，其在農(nóng)產(chǎn)品品質檢測上的應用正是滿足了這些應變的要求。目前國外利用機器視覺進行農(nóng)產(chǎn)品品質自動識別研究的對象極其廣泛，如梅、雞蛋、黃瓜、玉米、竹筍、西紅柿、辣椒、蘋果和

18、土豆等的大小、形狀、顏色和表面損傷與缺陷等進行分級等等。機器視覺技術的特點是速度快、信息量大、功能多，以水果為例，可以一次完成多個品質指標的檢測，還可以測量定量指標。應用機器視覺技術有利于設計自動分級流水線。因而機器視覺技術在農(nóng)產(chǎn)品品質自動檢測方面有很好的應用前景。goodrum等人利用機器視覺與圖像處理來檢測雞蛋的蛋殼裂紋，準確率達到94%，可以與手工檢測相媲美，但是檢測效率不高。蘇臣等人研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字圖像特征可以采用灰度直方圖來描述：對應于每個灰度值，求出其圖像中具有該灰度值的像素圖形，用橫軸代表灰度值，縱軸代表像素數(shù)，因此它可描述了一幅圖像的概貌，并具有提供圖像中全體像素的特點，根據(jù)蛋白、

19、蛋黃、胚胎發(fā)育蛋和無精蛋等因素分別分析了6種雞蛋如新鮮蛋、搭殼蛋、散黃蛋、腐臭蛋、胚胎發(fā)育蛋和無精蛋的灰度直方圖。從直方圖上分析可以看到，新鮮蛋透射特性好，因此透射光強大，在灰度值250附近出現(xiàn)很高的波峰，由于新鮮蛋灰度級的像素數(shù)較集中，因而新鮮蛋的灰度直方圖呈單峰波形，這為建立相應的自動化分選系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。陳佳娟等人將計算機視覺技術與遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡相結合，建立一套適合于孵化雞蛋可成活性自動檢測的計算機視覺系統(tǒng)，通過計算機視覺技術獲取了孵化雞蛋的色度直方圖，并提取了孵化雞蛋表面顏色特征，采用遺傳算法優(yōu)化了多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡的拓撲結構與權值，提高了神經(jīng)網(wǎng)絡的學習質量和學習速度，實現(xiàn)了孵化雞蛋可

20、成活性的自動檢測，試驗結果表明，該方法準確率較高，并具有魯棒性和高速度。華中農(nóng)業(yè)大學文友先等設計的雞蛋品質無損檢測與分級系統(tǒng)，也是運用機器識別的方法對雞蛋蛋心顏色、蛋殼厚度、蛋的新鮮度以及蛋重進行檢測，建立的模型能夠使蛋心顏色檢測在（2，2）級上的準確率達到91%，蛋重檢測在（2，2）克上的準確率達到93%。蛋厚的準確率達到81%，新鮮度達到82%。利用電學特性檢測禽蛋品質。禽蛋的電學特性是利用對雞蛋的電導率差異，建立與之相關的模型來檢測禽蛋的品質。劉熙等人對于不同新鮮度的雞蛋進行了ph值、tvbn和電導率的檢測，通過對其結果的分析得出：隨著雞蛋新鮮度的降低，雞蛋的電導率呈下降趨勢；反之電導率

21、升高。雞蛋內(nèi)容物不同組分之間的電導率值有明顯的差異，以蛋清最高，蛋黃最低。并由此提出用電導率檢測雞蛋的電導率值作為判斷雞蛋的新鮮度的方法。沈林生等人設計研究出生物電鑒別受精蛋的檢測裝置如圖1-1所示。系統(tǒng)由電極、雞蛋夾緊裝置、放大器、a/d采集器、計算機和監(jiān)控示波器等組成。電極從蛋殼外采集的電信號送入放大器后，一路接入a/d采集器，經(jīng)采樣后送入計算機，供處理分析用。其研究結果表明，大部分受精蛋孵化48小時后其直流電位的波形呈現(xiàn)方波，而無精蛋近似于直線；通過在種雞場對受精蛋檢測裝置的實測考核，其判別三胚齡腐化受精蛋的準確率達到91.7%。放大器a/d采集器計算機示波器電極屏蔽器雞蛋圖1-1 雞蛋

22、生物電測試系統(tǒng)利用動力學特性檢測禽蛋品質，其原理是建立禽蛋的沖擊或振動特性與禽蛋的品質之間的相關關系。李其才研制了傳感器裝置及信號轉換電路，利用動力學原理確定了禽蛋質量自動檢測方法，建立了數(shù)學模型，提出了模型參數(shù)最優(yōu)話的估算方法。其設計的自動檢測系統(tǒng)由機械和電氣兩大部分構成，機械部分包括傳動機構、放蛋圓盤、剪刀式持蛋夾、自動出蛋機構及收蛋盤等；電氣部分包括驅動電機、各種檢測傳感裝置、檢測信號調(diào)理電路、專用單片機系統(tǒng)及鍵盤顯示電路等。各種傳感器裝置分別安裝在從入口到出口約半個放蛋圓盤空間的上部，被測禽蛋豎直放到圓盤上的持蛋夾中，電動機驅動放蛋圓盤轉動，當禽蛋隨圓盤轉動經(jīng)過各種傳感器裝置時被檢測，

23、檢測信號經(jīng)單片機系統(tǒng)處理，根據(jù)處理結果，單片機發(fā)出不同的控制信號控制出蛋機構動作，禽蛋由不同的出蛋口“流”出，再由收蛋盆收集。劉信芳等人進行了不同材料上的鮮蛋的跌落試驗和沖擊試驗，提出了動載作用下蛋的破損用能量加以描述，并為鮮蛋的儲運、加工裝備的設計提供了一定的依據(jù)。coucke通過分析雞蛋的振動特性來檢測雞蛋的物理特性，為今后的進一步研究做了一定的理論基礎。coucke研究介紹了以無破壞性沖擊的振動頻率來設定蛋殼特性，描繪了在最低響應頻率時的三維振動模型（未損壞），并分析了蛋殼指標（赤道處厚度、寬度、形狀指數(shù)）與動態(tài)硬度值之間的相關性。利用聲學沖擊特性檢測禽蛋品質，其原理是根據(jù)敲擊禽蛋所產(chǎn)生

24、的聲脈沖振動，用頻譜分析來研究禽蛋破損的品質特性，sinha對雞蛋敲擊所產(chǎn)生的聲學共振特性分析雞蛋的蛋黃小孔和裂紋。公茂法等人采用的機械敲擊法，利用禽蛋被敲擊時所產(chǎn)生的聲音的大小和頻率不同這一原理實現(xiàn)了簡單的自動檢測蛋殼裂紋的方法。該系統(tǒng)為提高自動檢測的準確性，防止外來聲音的干擾，而將聲音傳感器安裝到一特制的共振筒上作為敲擊部件，根據(jù)敲擊產(chǎn)生的聲音信號大小來判斷雞蛋有無裂紋。當無裂紋時，聲音較大；當有裂紋時，聲音較小。cho利用聲脈沖頻率特性研究了蛋殼裂紋檢測儀，提高了裂紋檢測精度。ketelaere等人利用聲學脈沖共振特性頻率特性來檢測蛋殼的裂紋，通過對整蛋的時間信號和頻率信號分析與功率譜密

25、度的分析，得出了利用振動雞蛋的球形動態(tài)特性測量方法。在廣泛學習和了解國內(nèi)禽蛋品質檢測的基礎上，本文特別提出采用聲檢技術對雞蛋破損進行檢測，檢測的基本原理：蛋殼一旦破損，蛋品結構的動力學參數(shù)就會發(fā)生改變，又因為聲音的產(chǎn)生是由于物體的振動能量向空氣中傳送，從而產(chǎn)生振動，從振動力學角度來看，當結構出現(xiàn)裂紋時，結構的剛度和阻尼系數(shù)將隨之變化，必然會反映到其模態(tài)固有頻率和阻尼比上，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，結構固有頻率隨著裂紋的加劇而下降，其阻尼比則隨著裂紋的擴展而增大，尤其是較高頻率的模態(tài)更為明顯。由于阻尼比的增大，導致振動傳播受阻。因此，有裂紋的蛋品受沖擊發(fā)生的聲音沙啞沉悶，而完好蛋品發(fā)聲清脆。在生產(chǎn)實踐中，人

26、工檢測雞蛋破損也是利用這一原理進行的。1.3 課題的研究目標本課題是在前期研究基礎上進行的。前期研究中取得了一定的成果：探索出能夠利用好蛋殼與損蛋殼被碰撞時發(fā)出的聲音的差異，將損蛋殼與好蛋殼加以區(qū)分。存在的主要問題有：其一，采用聲檢法進行雞蛋破損檢測，必須要有能實現(xiàn)自動敲擊雞蛋蛋殼的敲擊裝置。自動敲擊裝置有其存在的必要性：一方面，使用自動控制的敲擊裝置敲擊時能克服人為的不均勻；另一方面，使用自動敲擊裝置是實現(xiàn)自動化檢測的必然要求。在本研究中，需探索出自動敲擊裝置的方案。其二，試驗研究方法需要進一步改進。需探索新的試驗研究方法，以提高系統(tǒng)的檢測精度。本課題制定如下目標：1. 通過一系列試驗研究，

27、探索雞蛋破損檢測的方法，建立雞蛋破損檢測的最優(yōu)化模型。2. 完成系統(tǒng)的輸入設計。輸入部分是利用visual c+軟件設計程序，將敲擊蛋的聲音信號采集到內(nèi)存，并對其分析處理，然后做出判別。3. 硬件設計部分。探索出雞蛋破損檢測自動敲擊裝置的方案,以完成自動敲蛋，并且可以自動改變敲擊裝置的力度和頻率。2破損檢測系統(tǒng)的基本工作原理本系統(tǒng)主要是利用visula c+編制程序來實現(xiàn)對聲音信號的采集和處理工作。我們事先收集一些好蛋和損蛋在被敲擊時發(fā)出的聲音信號在數(shù)據(jù)庫中。在本次設計中我們通過用敲擊裝置來敲擊被檢測的雞蛋，使其發(fā)出聲音，然后通過麥克風傳送信號到計算機的聲卡進行a/d，再利用visula c+

28、編制的程序來進行對被采集到的信號進行一系列的處理，再與以前收集到的數(shù)據(jù)庫中信號比較，從而判別出被檢測的雞蛋是好蛋還是損蛋。本系統(tǒng)檢測裝置框架圖如下：判別模型激勵裝置計算機控制部分受檢雞蛋聲音傳感pcma/d數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出裝置聲音信號頻譜分析聲音頻譜參數(shù) 圖2-1檢測系統(tǒng)框圖2.1 材料與方法試驗裝置由敲擊裝置、聲音采集和處理系統(tǒng)組成。敲擊裝置由尼龍塑料棒和橡膠圈組成,橡膠圈的材料和輸送帶的材料類似,被檢測的鴨蛋放在橡膠圈上,用塑料棒敲擊。聲音采集和處理系統(tǒng)的核心是一臺pc機,機內(nèi)裝有creative vibra 128 pci 型聲卡,聲卡上連有一型話筒用來拾取聲音信號。為方便分析處理,采用

29、visula c+ 語言編制聲音采集和處理的程序是一個用于信號處理和控制系統(tǒng)建模的軟件包,以它作為平臺,可以利用函數(shù)庫編寫和運行vc+ 文件程序。用它作信號處理和分析工具,方便實用，且人性化。在編制的試驗軟件中,用recordwave() 函數(shù)采集模擬聲音信號,采樣頻率為22050hz ,采樣點數(shù)為512 ,數(shù)據(jù)采集后,先進行濾波處理,再進行功率譜分析。2.2 破損檢測參數(shù)的設定本課題對前期的研究加以參考分析，將其中具有的顯著特征的變量保留，再加以其它一些顯著因子，從而探索新的檢測方法。在雞蛋破損聲檢法研究中，被認為具有顯著特性的變量主要有共振峰頻率、功率譜大小以及共振峰的數(shù)量，在研究功率譜時

30、，從得到的功率譜分析中發(fā)現(xiàn)具有顯著特征的變量還有功率譜的質心。為了探索新的顯著因子，首先從每個蛋的一次敲擊中提取四個特征變量，它們是：1. 功率譜面積（area）其中 pi是每一個頻率對應的功率譜幅值 k是采樣的樣本個數(shù)2. 共振峰頻率（fres）其中 pi是每一個頻率譜幅值對應的功率值3. 功率譜面積在x軸方向上的質心(cx)4. 功率譜面積在y軸方向上的質心(cy) 將每敲擊一次雞蛋得到的采樣值，進行功率譜分析得到上述四個變量值，再對每一個蛋敲擊多次后得到上述四個變量的平均值，取極差（最大值與最小值之差），作為判別好蛋與損蛋的特征變量，處理之后共有8個變量，它們分別是：1.功率譜面積的平均

31、值（x1） 其中 n -敲擊次數(shù)（以下同） i=（0，1，.n-1）2.最大功率譜面積與最小功率譜面積的差值即極差（x2）3.x坐標方向上質心的平均值（x3）4.x坐標方向上質心最大值和最小值之間的差值（x4）5.y坐標上質心平均值（x5）6.y坐標方向上質心最大值和最小值之間的差值（x6）7.共振峰的頻率的最大值的平均值（x7）8.共振峰頻率的最大值與最小值之間的差值（x8）參照參考文獻10的數(shù)據(jù)分析可對上面8個特征變量進行討論，看可以用來區(qū)分好殼蛋與損殼蛋的特征變量有哪些：第一、功率譜的平均值：好蛋的功率譜面積平均值集中在800以下，只有少數(shù)的幾個大于800，而損蛋的功率譜面積的平均值一般

32、在800以上，因此可以利用它作為區(qū)別好蛋與損蛋的標準之一。第二、功率譜面積的極差：好蛋與損蛋的功率譜面積的極差幾乎是混在一起的，這樣就很難找出規(guī)律性和一個區(qū)分好殼蛋與損殼蛋的界限值，因此不能作為判別雞蛋是否破損的標準。第三、x坐標方向上質心的平均值（x3）：好蛋與損蛋在x坐標方向上質心的平均值的差異不是很大，因此也不能作為判別雞蛋是否破損的標準。第四、x坐標方向上質心最大值和最小值之間的差值（x4）：好蛋與損蛋這個特性參數(shù)也不具有顯著的差別，因此我們可以將其排除在檢測標準之外。第五、y坐標上質心平均值（x5）：好蛋和損蛋的y坐標上質心平均值有很少一部分是混在一起的，但是損蛋在y坐標上質心平均值

33、總體比好蛋要大，因此我們可以把它作為區(qū)別好蛋與損蛋的一個標準。第六、y坐標方向上質心最大值和最小值之間的差值（x6）：好蛋與損蛋在y坐標方向上質心最大值和最小值之間的差值也只有很少一部分混合在一起，因此我們也可以將其作為判別被檢測雞蛋是否破裂的標準之一。第七、共振峰的頻率的最大值的平均值（x7）：好殼蛋與破損蛋的共振峰的頻率的最大值的平均值之間存在著很大的差異。好殼蛋的聲音清脆而破損蛋的聲音沙啞，所以好殼蛋的共振峰的頻率的最大值的平均值一般要比損殼蛋的大，二者的區(qū)別十分明顯，因此可以考慮把它作為判別好殼蛋與損殼蛋的一個標準。第八、共振峰頻率的最大值與最小值之間的差值（x8）：好殼蛋與破損蛋的共

34、振峰頻率的最大值與最小值之間的差值有很少一部分混合在一起，但好殼蛋的極差值分布相對集中，大部分都小于2000，損殼蛋的極差值分布相對分散，分布在2000到5500之間。因此我們可以將其作為判別好蛋還是損蛋的標準之一。綜上所述，我們可以選出區(qū)分好蛋還是損蛋的5個特征變量，它們分別是功率譜面積的平均值（x1）、y坐標上質心平均值（x5）、y坐標方向上質心最大值和最小值之間的差值（x6）、共振峰頻率的最大值的平均值（x7）、共振峰頻率的最大值與最小值之間的差值（x8）。因為其他3個變量它們對區(qū)分好與損殼蛋不是很明顯，需要一定的時間去判別，而選取這5個特征變量用它們來判別好與損殼蛋的話，計算速度會比較

35、快。根據(jù)參考文獻10中提出的判別好殼蛋還是損殼蛋的參考函數(shù)如下：損蛋的判別函數(shù)：g1=-0.33664x1+36.79413x5+4.86638x6+0.00161x7+0.00327x8-184.97771好蛋的判別函數(shù)：g2=-0.29493x1+32.37701x5+4.65582x6+0.00315x7+0.00268x8-152.38791其中看g1、g2的值來確定所檢測的雞蛋到底是好殼蛋還是損殼蛋，如果g1g2說明是所檢蛋是好殼蛋，反之則是損殼蛋。3. 破損檢測系統(tǒng)設計破損檢測系統(tǒng)的設計分為兩個部分：分別是硬件設計和軟件設計，其中軟件設計是利用語言編程來實現(xiàn)對聲音信號的采集、濾波、

36、以及模型判別，得出所檢雞蛋蛋殼的好與壞，硬件設計就是實現(xiàn)對雞蛋的敲擊。3.1 系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)的硬件設計有敲擊電路電路設計和敲擊裝置兩部分，其中敲擊電路要能實現(xiàn)對敲蛋力度與敲蛋頻率的控制，而敲擊裝置只是用一種機械代替人工的裝置實現(xiàn)敲蛋。3.1.1 自動敲擊電路的原理自動敲擊裝置電路的原理圖如圖3-1所示： 圖3-1 敲擊裝置的電路圖在自動敲擊裝置的設計中，對敲擊裝置的要求主要有兩方面：一是敲擊的力度控制。敲擊力的大小即要保證不能將雞蛋敲破，又要求敲擊的力度足夠大以保證敲擊雞蛋時能夠發(fā)出足夠的聲音量；二是敲擊的頻率的控制。敲擊的快慢對采集聲音信號有一定的影響，在實驗中要求能夠對敲擊頻率進行控

37、制調(diào)節(jié)，選擇合適的供電功率與電壓值以控制敲擊的力度；調(diào)節(jié)電路中的可變電阻的阻值，以實現(xiàn)實時改變敲擊的頻率。上面所設計的電路正好能控制下面所設計的敲擊裝置的敲擊頻率和敲擊力度，達到恰當敲擊雞蛋的目的。本電路是由555芯片和一些電子元件構成的多諧振蕩電路來產(chǎn)生矩形波，進而驅動繼電器，使繼電器的常開與常閉觸點斷開與閉和的狀態(tài)由555芯片的輸出電平來控制，從而有效地控制電磁鐵的得電和失電達到控制敲擊裝置的敲擊頻率的目的。 下面簡要介紹一下555定時器：555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能及方便地構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器。這里我就選擇了利用它與別的元器件構成多諧振

38、蕩電路。它主要由三個5k電阻組成的分壓器、兩個高精度電壓比較器、一個基本rs觸發(fā)器，一個作為放電通路的三極管及輸出驅動電路組成 。下面即是對各部件的簡要介紹： （1）基本rs觸發(fā)器 555芯片內(nèi)的基本rs觸發(fā)器選擇用兩個與非門組成的， 且專門設置的可從外部進行置0的復位端，當 r=0時輸出狀態(tài)為0狀態(tài)。rs觸發(fā)器的特性表如表3-1所示： 表3-1 rs觸發(fā)器的特性表 s r q(n) q(n+1) 11001111010101111000101000010011（2）比較器a1、a2是兩個電壓比較器。比較器有兩個輸入端，分別標有+號和-號，如果用u+和u-表示相應輸入端上所加的電壓，則當u+u

39、-時其輸出為高電平，u+ v、v v時，比較器a1的輸出為0、比較器a2的輸出為1，基本rs觸發(fā)器被置0，t導通，同時輸出為低電平。 當v v時，比較器a1的輸出為1、比較器a2的輸出為1，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變，因此t和輸出的狀態(tài)也不變。 當v v、v v、v2/3vcc1/3vcc低導通11/3vcc不變不變12/3vcc2/3vcc1/3vcc高截止圖3-2 555集成定時器內(nèi)部電路結構圖為了提高電路的帶負載能力，還在輸出端設置了一個緩沖器。如果將引腳7端經(jīng)過電阻接到電源上，那么只要這個電阻的阻值足夠大，輸出vo為高電平時，7腳也一定為高電平，輸出vo為低電平時，7腳也一定為低電平。555

40、定時器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，并可以承受較大的負載電流。雙極型555定時器的電源電壓范圍為5-16v，最大的負載電流達200ma。555集成定時器的外圍主要由可變電阻r1（0120k）、電阻r2（120k）、電容cp（6.8f）、二極管d1,d2（為了使電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)r1，放電電流只流經(jīng)r2）、omron g2r-1繼電器以及電磁鐵組成。電源ucc對電容cp不斷的充放電，在555的輸入端3上連續(xù)地輸出高低電平。當3端輸出高電平時，即就是uc的電位從ucc充電上升至ucc所需要的時間，用符號t1表示： t1r1*cp*ln2=0.7*10*10*6.

41、8*10=0.047s (3-1)式中r1可變電阻的阻值在算t1的時候是取了一個大概值。當3端輸出低電平時，即就是ucc電位從ucc放電下降至ucc所需要的時間，用符號t2表示： t2r2*cp*ln2=0.7*120*10*6.8*10=0.5712s (3-2)式中所取的時間t2是最短的，因為當可變電阻在調(diào)節(jié)的時候，放電電流所流經(jīng)的電阻值會超過120k。當555集成定時器輸出端3輸出高電平時，它就能提供驅動繼電器的電壓，使繼電器的常開觸點閉合、常閉觸點打開，這時接在繼電器常開觸頭兩端的電磁鐵得電動作通過與電磁鐵連接的機械裝置，實現(xiàn)對雞蛋進行自動敲擊；當555集成定時器輸出端3輸出低電平時，

42、電磁鐵不動作。由上述可知，繼電器得電時間為t1，失電時間為t2，比較計算結果可知t1t2，所以滿足實際所需的即要求敲擊裝置電磁鐵得電時間短，失電時間長，敲擊才輕巧，明快而富有彈性，敲擊的效果好。555集成定時器輸出端3的輸出電壓u0如圖33所示： u0高電平低電平t 圖3-3 方波輸出fig.3.3 wave figure of circuit從波形圖上可以直觀的看出，u0能連續(xù)地輸出方波信號。占空比是輸出高電平的時間比輸出波的周期q=t1/t，又因為輸出高電平的時間與可變電阻r1有關如式3-1可得，所以我們可以通過改變電阻阻值輕松地改變占空比，從而來實現(xiàn)對敲擊頻率的控制。3.1.2 敲擊裝置

43、結構及其工作過程設計的自動敲擊裝置圖（見附錄1）裝置主要由機架、電磁鐵、轉動架、敲擊桿、敲擊錘等部分組成。所設計裝置的工作原理：由上面所設計的敲擊電路系統(tǒng)控制繼電器的常開及常閉觸點進而控制電磁鐵的通斷電（當敲擊電路系統(tǒng)輸出高電平時，繼電器的常開觸點閉合、常閉觸點斷開， 這時接在繼電器常開觸頭兩端的電磁鐵得電動作，反之電磁鐵將不動作），電磁鐵的得電與失電動作將直接帶動連接在其一端的轉動架轉動，由于轉動架轉動，通過固定螺母固定在轉動架上的擺動桿擺動，進而帶動連接在其上面的敲擊桿擺動，則連接在敲擊桿上的敲擊錘就會隨著敲擊桿的擺動實現(xiàn)對雞蛋的自動敲擊。附錄11 夾板 2 支架 3 連接板4 機架5 電

44、磁鐵6 緊固螺栓 7 轉動架 8 固定螺帽9 擺動桿10 緊固螺栓11 敲擊桿12 敲擊錘3.2 系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)采用多線程程序設計方法，采用多線程進行數(shù)據(jù)采集與處理可以有效的加快程序的反映速度、提高執(zhí)行效率。程序設計中需要處理用戶的輸入，而用戶的輸入速度與cpu的執(zhí)行速度之間相差非常大。本系統(tǒng)程序設計中采用了主線程中連續(xù)采集聲音信號，在處理線程中對采集的數(shù)據(jù)進行處理操作的方法。這樣的設計結構可以保證采集的實時性和準確性，又可對采集的數(shù)據(jù)實時處理。程序設計的總框圖如圖33所示。初始化模塊聲音采集模塊聲音處理模塊參數(shù)修改 圖3-3 程序設計的總框圖這整個流程的程序設計是由visual c+做

45、的，因為我所做的這個系統(tǒng)界面是面向對象程序設計的，作為主要的面向對象程序設計語言，c+具有使用簡便，擴展靈活及代碼重用性好等重要優(yōu)點。visual c+是一個優(yōu)秀的c+版本。visual c+能自動生成應用程序框架，提供標準化的程序結構和用戶。其中定義的mfc類庫功能強大，封裝了windows sdk中幾乎所有的函數(shù)，能實現(xiàn)windows系統(tǒng)的任何功能，提供了應用程序本身的數(shù)據(jù)和操作以及activex, ole, internet, winsock, dao, odbc等操作類，生成的程序代碼短，運行速度快，具有很大的靈活性。visual c+6.0不僅是一個c+編譯器，而且是一個基于wind

46、ows操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境（intergrated development environment, ide）。visual c+6.0由許多組件組成包括編譯器、編輯器、調(diào)試器以及程序向導app wizard等開發(fā)工具，這些組件通過一個名為developer studio的組件集成和諧的開發(fā)環(huán)境。3.2.1 系統(tǒng)界面及其設計過程所設計的雞蛋破損檢測系統(tǒng)界面如圖3-4所示。該界面的設計過程：1. 新建一個項目應用程序。（1）在visual c+ ide中選擇“file | new”菜單項，出現(xiàn)new對話框，如圖3-5所示。并且確認new對話框的當前頁面為project,在左欄的項目類型列

47、表框中選擇mfc appwizardexe項，在project name框輸入要創(chuàng)建的項目eggshell，在loca-tion欄中輸入項目所在的路徑，可以單擊其右側的“”瀏覽按扭來對默認的路徑進行修改，在這里是選擇默認路徑，向導將在該路徑下建立一個名為eggshell的子目錄，用于存放所建項目的所有文件。設置好后，單擊ok按扭，出現(xiàn)mfc appwizard-step 1對話框，如圖3-6所示。（2）在mfc appwizardexe第1步中選擇單文檔界面，然后就直接選擇完成，因為所設計的這個界面后面5步都是選擇了默認選項。這樣一個單文檔應用程序eggshell就做好了，然后就可以在這個單文

48、檔應用程序eggshell中添加系統(tǒng)界面所需的對話框、主菜單、一些成員變量及成員函數(shù)等。圖3-4 雞蛋破損檢測系統(tǒng)界面圖 3-5 new 對話框圖 3-6 mfc appwizardexe第1步2. 在eggshell的workspace工作區(qū)的eggshell resources中的子菜單dialog和menu中添加一個新的對話框和主菜單。（1） 添加新對話框時，在dialog右擊后點擊inster_dialog命令就可以在新建的對話框（id號是選默認的）中添加如表3-1所示的控件。表3-3 系統(tǒng)界面所需添加的控件控件類型控件id設置的非默認屬性成員變量組合框idc_combosperpec

49、m_comboxsper組合框idc_comboroadm_comboxroad組合框idc_combosamplem_comboxsample組合框idc_combobitm_comboxbit組框idc_staticcaption為”聲音信號采集參數(shù)設置”組框idc_staticcaption為“系統(tǒng)檢測”組框idc_staticcaption為“檢測結果”靜態(tài)文本idc_staticcaption為“時域圖“靜態(tài)文本idc_staticcaption為“頻域圖“靜態(tài)文本idc_staticcaption為“采樣頻率”靜態(tài)文本idc_staticcaption為“采樣個數(shù)”靜態(tài)文本idc_

50、staticcaption為“采樣位數(shù)”靜態(tài)文本idc_staticcaption為“采樣通道”靜態(tài)文本idc_staticcaption為“好殼蛋”靜態(tài)文本idc_staticcaption為“損殼蛋”編輯框idc_edittimem_ntime控件類型控件id設置的非默認屬性成員變量編輯框idc_editsperpecm_nsperpec編輯框idc_editbadm_nbad編輯框idc_editgoodm_ngood按鈕idc_buttonstartcaption為“開始采集”按鈕idc_buttontimecaption為“提取時域數(shù)據(jù)”按鈕idc_buttonperseccapti

51、on為“提取頻域數(shù)據(jù)”按鈕idc_buttonendcaption為“結束采集”按鈕idc_buttontestcaption為“檢測” (添加以上控件的方法：若visual c+窗口中沒有出現(xiàn)controls工具欄，則需將光標指向菜單欄并右擊鼠標，從彈出式菜單中選擇controls欄?？丶ぞ邫谏系拿恳粋€圖標都代表了一種控件，只需將鼠標單擊上述表格中的控件然后在單擊新件的對話框的客戶區(qū))( 2) 打開組合框屬性對話框在data頁面依次輸入如表3-4所示的初始列表項 表3-4 系統(tǒng)界面組合框內(nèi)的列表項采樣個數(shù)采樣頻率采樣通道數(shù)采樣位數(shù)5121286411025hz22050hz44100hz1 channel2 channels8 bit16 bit每輸入一行按ctrl+enter。設置這幾個屬性參數(shù)要考慮清楚主要是因為不同的采樣頻率和不同的樣本數(shù)對所采集的聲音信號都用較大影響。采樣頻率越大，采集數(shù)據(jù)越精確，但是采樣頻率過大，則加大了計算量，增加了計算時間，影響處理的速度。樣本數(shù)的大小與所采集聲音信號餓精度有關。樣本數(shù)越大，采集聲音信號的時