雞蛋破損自動檢測系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 院畢業(yè)設(shè)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(xué)生姓名 班 級 指導(dǎo)教師 專 業(yè) 自動化 二零零六年六月4摘要在雞蛋加工過程中,剔除損殼蛋是保證加工質(zhì)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(qiáng)度大，而且檢測效果不高，因此，探尋科學(xué)實用的雞蛋破損檢測技術(shù)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

2、脆，而損殼蛋蛋殼發(fā)出的聲音沙啞，沉悶。利用這一特點，構(gòu)建了拾音器聲卡計算機(jī)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(zhuǎn)換成能被計算機(jī)處理的數(shù)字信號，然后對敲擊雞蛋的聲音信號進(jìn)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(shè)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(shè)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

3、程序可以對敲擊雞蛋蛋殼發(fā)出的聲音信號進(jìn)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(shè)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(shè)計，它是由555芯片和一些電子元件構(gòu)成的多諧振蕩電路部分以及與其配套的機(jī)械裝置部分構(gòu)成，它能夠?qū)﹄u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(guān)鍵詞破損檢測； 自動敲擊裝置； 聲音采集畢業(yè)設(shè)計（論文） abstract abstractgetting rid of cracked eggshells is an important procedure for guaranteeing quality of processing chic

4、ken eggs and saving cost . detecting 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

5、should explore an acoustic impulse 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 ver

6、y toneless and tedious. in the 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 s

7、ignal by the computer, after this 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 cracke

8、d eggshells respectively .second, 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 proced

9、ure of detecting crack eggshells 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 knocki

10、ng equipment, it consists the 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 ; equipmen

11、t automatically ; collect the sound signals畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 目 錄摘要關(guān)鍵詞abstract1. 緒論11.1 課題研究意義11.2 禽蛋品質(zhì)檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其展望11.3 課題研究目標(biāo)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(shè)定73. 破損檢測系統(tǒng)設(shè)計103.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計103.1.1自動敲擊電路的原理103.1.2 敲擊裝置結(jié)構(gòu)及其工作過程143.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計153.2.1 系統(tǒng)界面及其設(shè)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(jié)論與討論334.1

12、 結(jié)論334.2 討論33致謝34參考文獻(xiàn)35附錄137附錄238緒論1.1 課題來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(zhì)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(fēng)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(hù)蛋清和蛋黃，蛋殼由角質(zhì)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(jié)構(gòu)、透明、可溶性的膠質(zhì)黏液干燥而形成的薄膜即角質(zhì)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

13、物外面的一層硬殼，它使蛋具有固定形狀并起著保護(hù)蛋清、蛋黃的作用，但其質(zhì)脆不耐碰撞和擠壓，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(jìn)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(jié)構(gòu)上大致相同，都是角質(zhì)蛋白纖維交織成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所不同的是外殼膜纖維紋理較緊密細(xì)致，細(xì)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(hù)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(jìn)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(dǎo)

14、致加工質(zhì)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(dāng)前，在國內(nèi)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(qiáng)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(xué)的、實用的檢測雞蛋破損的自動化技術(shù)是迫切需要的。1.2 禽蛋品質(zhì)檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其展望當(dāng)前，國內(nèi)外對禽蛋品質(zhì)檢測主要有下列一些方法：利用光學(xué)特性檢測禽蛋品質(zhì)。光學(xué)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(jìn)入物體內(nèi)遇到細(xì)胞結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生散射，或被物體

15、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、折射率以及入射光的波長等因素，設(shè)入射光強(qiáng)為i，則根據(jù)朗伯定律，透射光強(qiáng)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(zhì)之間的相關(guān)關(guān)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(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，通過新鮮度追蹤試驗，找出了雞蛋透射

16、率值與一般新鮮度指標(biāo)（哈夫值、蛋黃指數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮）之間的相應(yīng)關(guān)系，并建立了雞蛋的新鮮度因子，得出了相應(yīng)的等級分界值，為雞蛋無損檢測標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)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(zhì)光特性無損檢測的精度，建立了雞蛋的光學(xué)模型，找出了整蛋、蛋內(nèi)容物、蛋殼三者透射特性之間的關(guān)系，通過試驗研究得到了雞蛋內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)（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(guān)關(guān)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(zhì)的新方法，為進(jìn)一步設(shè)計全自動雞蛋品質(zhì)檢測設(shè)備提供了有價

17、值的參考數(shù)據(jù)。利用計算機(jī)視覺檢測禽蛋品質(zhì)。機(jī)器視覺技術(shù)是70年代初期在遙感圖片和生物醫(yī)學(xué)圖片分析兩項應(yīng)用技術(shù)取得卓有成效的成果后開始嶄露頭角的?，F(xiàn)在，隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展與計算機(jī)硬件成本的下降及運行速度的提高，在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)自動檢測和分級領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)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(fù)雜因素的影響，產(chǎn)品品質(zhì)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(zhì)檢測與分析時要有足夠的應(yīng)變能力來適應(yīng)情況的變化。機(jī)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(zhì)檢測上的應(yīng)用正是滿足了這些應(yīng)變的要求。目前國外利用機(jī)器視覺進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)

18、品品質(zhì)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、蘋果和土豆等的大小、形狀、顏色和表面損傷與缺陷等進(jìn)行分級等等。機(jī)器視覺技術(shù)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(zhì)指標(biāo)的檢測，還可以測量定量指標(biāo)。應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)有利于設(shè)計自動分級流水線。因而機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)自動檢測方面有很好的應(yīng)用前景。goodrum等人利用機(jī)器視覺與圖像處理來檢測雞蛋的蛋殼裂紋，準(zhǔn)確率達(dá)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(yīng)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

19、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、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(qiáng)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(yīng)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(jī)視覺技術(shù)與遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立一套適合于孵化雞蛋可成活性自動檢測的計算機(jī)視覺系統(tǒng)，通過計算機(jī)視覺技術(shù)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

20、層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與權(quán)值，提高了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)速度，實現(xiàn)了孵化雞蛋可成活性的自動檢測，試驗結(jié)果表明，該方法準(zhǔn)確率較高，并具有魯棒性和高速度。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)文友先等設(shè)計的雞蛋品質(zhì)無損檢測與分級系統(tǒng)，也是運用機(jī)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(jìn)行檢測，建立的模型能夠使蛋心顏色檢測在（2，2）級上的準(zhǔn)確率達(dá)到91%，蛋重檢測在（2，2）克上的準(zhǔn)確率達(dá)到93%。蛋厚的準(zhǔn)確率達(dá)到81%，新鮮度達(dá)到82%。利用電學(xué)特性檢測禽蛋品質(zhì)。禽蛋的電學(xué)特性是利用對雞蛋的電導(dǎo)率差異，建立與之相關(guān)的模型來檢測禽蛋的品質(zhì)。劉熙等人對于不同新鮮度的雞蛋進(jìn)行了ph值、tvbn和電導(dǎo)率的檢

21、測，通過對其結(jié)果的分析得出：隨著雞蛋新鮮度的降低，雞蛋的電導(dǎo)率呈下降趨勢；反之電導(dǎo)率升高。雞蛋內(nèi)容物不同組分之間的電導(dǎo)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(dǎo)率檢測雞蛋的電導(dǎo)率值作為判斷雞蛋的新鮮度的方法。沈林生等人設(shè)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(jī)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(jī)，供處理分析用。其研究結(jié)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

22、蛋的準(zhǔn)確率達(dá)到91.7%。放大器a/d采集器計算機(jī)示波器電極屏蔽器雞蛋圖1-1 雞蛋生物電測試系統(tǒng)利用動力學(xué)特性檢測禽蛋品質(zhì)，其原理是建立禽蛋的沖擊或振動特性與禽蛋的品質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。李其才研制了傳感器裝置及信號轉(zhuǎn)換電路，利用動力學(xué)原理確定了禽蛋質(zhì)量自動檢測方法，建立了數(shù)學(xué)模型，提出了模型參數(shù)最優(yōu)話的估算方法。其設(shè)計的自動檢測系統(tǒng)由機(jī)械和電氣兩大部分構(gòu)成，機(jī)械部分包括傳動機(jī)構(gòu)、放蛋圓盤、剪刀式持蛋夾、自動出蛋機(jī)構(gòu)及收蛋盤等；電氣部分包括驅(qū)動電機(jī)、各種檢測傳感裝置、檢測信號調(diào)理電路、專用單片機(jī)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

23、盤上的持蛋夾中，電動機(jī)驅(qū)動放蛋圓盤轉(zhuǎn)動，當(dāng)禽蛋隨圓盤轉(zhuǎn)動經(jīng)過各種傳感器裝置時被檢測，檢測信號經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)處理，根據(jù)處理結(jié)果，單片機(jī)發(fā)出不同的控制信號控制出蛋機(jī)構(gòu)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(jìn)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(shè)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(jìn)一步研究做了一定的理論基礎(chǔ)。coucke研究介紹了以無破壞性沖擊的振動頻率來設(shè)定蛋殼特性，描繪了在最低響應(yīng)頻率時的三維振動模型（未損壞），并分析了蛋殼指標(biāo)（赤道處厚度、寬度、形狀指數(shù)

24、）與動態(tài)硬度值之間的相關(guān)性。利用聲學(xué)沖擊特性檢測禽蛋品質(zhì)，其原理是根據(jù)敲擊禽蛋所產(chǎn)生的聲脈沖振動，用頻譜分析來研究禽蛋破損的品質(zhì)特性，sinha對雞蛋敲擊所產(chǎn)生的聲學(xué)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(jī)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(zhǔn)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(dāng)無裂紋時，聲音較大；當(dāng)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

25、學(xué)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(xué)習(xí)和了解國內(nèi)禽蛋品質(zhì)檢測的基礎(chǔ)上，本文特別提出采用聲檢技術(shù)對雞蛋破損進(jìn)行檢測，檢測的基本原理：蛋殼一旦破損，蛋品結(jié)構(gòu)的動力學(xué)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(xué)角度來看，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋時，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(kuò)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(dǎo)致振動傳播受

26、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，人工檢測雞蛋破損也是利用這一原理進(jìn)行的。1.3 課題的研究目標(biāo)本課題是在前期研究基礎(chǔ)上進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步改進(jìn)。需探索新

27、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(biāo)：1. 通過一系列試驗研究，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(shè)計。輸入部分是利用visual c+軟件設(shè)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(shè)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。畢業(yè)設(shè)計（論文） 破損檢測系統(tǒng)的基本工作原理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(shè)

28、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(fēng)傳送信號到計算機(jī)的聲卡進(jìn)行a/d，再利用visula c+編制的程序來進(jìn)行對被采集到的信號進(jìn)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(jī)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

29、臺pc機(jī),機(jī)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(jìn)行濾波處理,再進(jìn)行功率譜分析。2.2 破損檢測參數(shù)的設(shè)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

30、而探索新的檢測方法。在雞蛋破損聲檢法研究中，被認(rèn)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，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(zhì)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(yīng)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(yīng)的功率值3. 功率譜面積在x軸方向上的質(zhì)心(cx)4. 功率譜面積在y軸方向上的質(zhì)心(cy) 將每敲擊一次雞蛋得到的采樣值，進(jìn)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

31、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(biāo)方向上質(zhì)心的平均值（x3）4.x坐標(biāo)方向上質(zhì)心最大值和最小值之間的差值（x4）5.y坐標(biāo)上質(zhì)心平均值（x5）6.y坐標(biāo)方向上質(zhì)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(xiàn)10的數(shù)據(jù)分析可對上面8個特征變量進(jìn)行討論，看可以用來區(qū)分好殼蛋與損殼蛋的特征變

32、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在800以上，因此可以利用它作為區(qū)別好蛋與損蛋的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。第三、x坐標(biāo)方向上質(zhì)心的平均值（x3）：好蛋與損蛋在x坐標(biāo)方向上質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)。第四、x坐標(biāo)方向上質(zhì)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

33、標(biāo)準(zhǔn)之外。第五、y坐標(biāo)上質(zhì)心平均值（x5）：好蛋和損蛋的y坐標(biāo)上質(zhì)心平均值有很少一部分是混在一起的，但是損蛋在y坐標(biāo)上質(zhì)心平均值總體比好蛋要大，因此我們可以把它作為區(qū)別好蛋與損蛋的一個標(biāo)準(zhǔn)。第六、y坐標(biāo)方向上質(zhì)心最大值和最小值之間的差值（x6）：好蛋與損蛋在y坐標(biāo)方向上質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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

34、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(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)上質(zhì)心平均值（x5）、y坐標(biāo)方向上質(zhì)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

35、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，計算速度會比較快。根據(jù)參考文獻(xiàn)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g1>g2說明是所檢蛋是好殼蛋，反之則是損殼蛋。

36、畢業(yè)設(shè)計（論文） 破損檢測系統(tǒng)設(shè)計 3. 破損檢測系統(tǒng)設(shè)計破損檢測系統(tǒng)的設(shè)計分為兩個部分：分別是硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，其中軟件設(shè)計是利用語言編程來實現(xiàn)對聲音信號的采集、濾波、以及模型判別，得出所檢雞蛋蛋殼的好與壞，硬件設(shè)計就是實現(xiàn)對雞蛋的敲擊。3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計本系統(tǒng)的硬件設(shè)計有敲擊電路電路設(shè)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(jī)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(shè)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

37、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?qū)η脫纛l率進(jìn)行控制調(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(shè)計的電路正好能控制下面所設(shè)計的敲擊裝置的敲擊頻率和敲擊力度，達(dá)到恰當(dāng)敲擊雞蛋的目的。本電路是由555芯片和一些電子元件構(gòu)成的多諧振蕩電路來產(chǎn)生矩形波，進(jìn)而驅(qū)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(dá)到控制敲擊裝置的敲擊頻率的目的。 下面簡要介

38、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(gòu)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(gòu)成多諧振蕩電路。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(qū)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(shè)置的可從外部進(jìn)行置0的復(fù)位端，當(dāng) 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) 1100111101010

39、1111000101000010011（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(biāo)有+號和-號，如果用u+和u-表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，則當(dāng)u+>u-時其輸出為高電平，u+<u-時輸出為低電平，兩個輸入端基本上不向外電路索取電流，即輸入電阻趨近于無窮大。 （3）分壓器三個阻值均為5k的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器（555也因此而得名），為比較器a1和a2提供參考電壓，a1之+端u+=2vcc/3、c2之-端u-=vcc/3。如果在電壓控制端ao另加控制電壓，則可改變a1、a2的參考電壓。工作中不使用ao端時，一般都通過一個電容接地，以防止旁路高頻干擾。（4）晶體

40、管開關(guān)和輸出緩沖器晶體管t構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受基極端控制，當(dāng)基極為0時t截止、為1時t導(dǎo)通。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器q非上，其作用是提高定時器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對定時器的影響。555定時器內(nèi)部工作過程的描述：設(shè)比較器a1的輸入端（也稱閾值端，用th標(biāo)注）電壓為v（引腳6）。比較器a2的輸入端（也稱觸發(fā)端，用標(biāo)注）電壓為v（引腳2）。a1和a2的參考電壓v和v是由vcc經(jīng)三個5k的電阻分壓給出。在控制電壓輸入端vco（引腳5）懸空時，v=2/3vcc，v=1/3vcc。如果vco外接固定電壓，則v=vco，v=1/2vco。mr（引腳4）是置零輸入端。只要在mr端加上低電平，輸出端便立

41、即被置成低電平，不受其它輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使mr處于高電平。由圖3-2可知，當(dāng)v> 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(dǎo)通，同時輸出為低電平。 當(dāng)v< v、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(dāng)v< v、v< v時，比較器a1的輸出為1、比較器a2的輸出為0,故觸發(fā)器被置1，輸出為高電平，同時t截止。 當(dāng)v> v、v< v時，比較器a1的輸出為0、比較器a2的輸出為0，觸發(fā)器處于q=/q=1的狀態(tài)，vo處于高電平，

42、同時t截止。555的功能描述如表3-2所示表3-2 555功能表輸 入輸 出mrvvvot狀態(tài)0××低導(dǎo)通1>2/3vcc>1/3vcc低導(dǎo)通1<2/3vcc>1/3vcc不變不變1<2/3vcc<1/3vcc高截止1>2/3vcc<1/3vcc高截止圖3-2 555集成定時器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖為了提高電路的帶負(fù)載能力，還在輸出端設(shè)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定時器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，

43、并可以承受較大的負(fù)載電流。雙極型555定時器的電源電壓范圍為5-16v，最大的負(fù)載電流達(dá)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(dāng)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*6.8*10=0.047s (3-1)式

44、中r1可變電阻的阻值在算t1的時候是取了一個大概值。當(dāng)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(dāng)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(dāng)555集成定時器輸出端3輸出高電平時，它就能提供驅(qū)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(jī)械裝置，實現(xiàn)對雞蛋進(jìn)行自動敲擊；當(dāng)555集成定時器輸出端3輸出低電平時，電磁鐵不動作。由上述可知，繼電器得電

45、時間為t1，失電時間為t2，比較計算結(jié)果可知t1<<t2，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(guān)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 敲擊裝置結(jié)構(gòu)及其工作過程設(shè)計

46、的自動敲擊裝置圖（見附錄1）裝置主要由機(jī)架、電磁鐵、轉(zhuǎn)動架、敲擊桿、敲擊錘等部分組成。所設(shè)計裝置的工作原理：由上面所設(shè)計的敲擊電路系統(tǒng)控制繼電器的常開及常閉觸點進(jìn)而控制電磁鐵的通斷電（當(dāng)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(zhuǎn)動架轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)動架轉(zhuǎn)動，通過固定螺母固定在轉(zhuǎn)動架上的擺動桿擺動，進(jìn)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(jī)架5 電磁鐵6 緊固螺栓 7

47、 轉(zhuǎn)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(shè)計本系統(tǒng)采用多線程程序設(shè)計方法，采用多線程進(jìn)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(shè)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(shè)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(jìn)行處理操作的方法。這樣的設(shè)計結(jié)構(gòu)可以保證采集的實時性和準(zhǔn)確性，又可對采集的數(shù)據(jù)實時處理。程序設(shè)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(shè)計的總框圖這整個流程的程序設(shè)計是由visual c+做的，因為我所做的這個

48、系統(tǒng)界面是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的，作為主要的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，c+具有使用簡便，擴(kuò)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(yīng)用程序框架，提供標(biāo)準(zhǔn)化的程序結(jié)構(gòu)和用戶。其中定義的mfc類庫功能強(qiáng)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(yīng)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windows操作系統(tǒng)的可視

49、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?qū)pp 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(shè)計過程所設(shè)計的雞蛋破損檢測系統(tǒng)界面如圖3-4所示。該界面的設(shè)計過程：1. 新建一個項目應(yīng)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(rèn)new對話框的當(dāng)前頁面為project,在左欄的項目類型列表框中選擇mfc a

50、ppwizardexe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(cè)的“”瀏覽按扭來對默認(rèn)的路徑進(jìn)行修改，在這里是選擇默認(rèn)路徑，向?qū)⒃谠撀窂较陆⒁粋€名為eggshell的子目錄，用于存放所建項目的所有文件。設(shè)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(shè)計的這個界面后面5步都是選擇了默認(rèn)選項。這樣一個單文檔應(yīng)用程序eggshell就做好了，然后就可以在這個單文檔應(yīng)用程序eggsh

51、ell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(rèn)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(shè)置的非默認(rèn)屬性成員變量組合框idc_combosperpecm_comboxsp

52、er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(shè)置”組框idc_staticcaption為“系統(tǒng)檢測”組框idc_staticcaption為“檢測結(jié)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_staticcapt

53、ion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(shè)置的非默認(rèn)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_buttonperseccaption為“提取頻域數(shù)據(jù)”按鈕idc_buttonendcaption為“結(jié)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(biāo)指向菜單欄并右擊鼠標(biāo)，從彈出式菜單中選擇controls欄?？丶ぞ邫谏系拿恳粋€圖標(biāo)都