一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置 |
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| 申请号 | CN201710849033.7 | 申请日 | 2017-09-20 | 公开(公告)号 | CN107525803A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 昆明理工大学; | 发明人 | 张晶; 刘江昆; 熊晓雨; 李瑞; 范洪博; 韦明杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置，属于 食品安全 检测领域。本发明包括食品检测模 块 、视频 信号 采集模块、GPS 定位 模块、 电压 转化模块、ZigBee通信模块、LCD显示模块、STM32 控制器 模块；其中食品检测模块与 视频信号 采集模块相连，视频信号采集模块、GPS定位模块、电压转换模块、ZigBee通信模块、LCD显示模块分别与STM32控制器模块相连。当食品样品投放到食品监测仪中，食品中的物质与反应药品反应，反应产生的 颜色 变化通过摄像头记录，信号暂存在STM32控制器中通过ZigBee通信的方式将信号上传至 云 端，检测结果在后台处理后回传至STM32控制器，在LCD显示屏显示。该发明能够解决食品的快速监测的问题，保证了证据的真实性和时效性，具有广阔的发展市场。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置，其特征在于：包括食品检测模块（17）、视频信号采集模块（18）、GPS定位模块（19）、电压转化模块（20）、ZigBee通信模块（21）、LCD显示模块（22）和STM32控制器模块（23）；其中食品检测模块（17）与视频信号采集模块（18）相连，视频信号采集模块（18）、GPS定位模块（19）、电压转换模块（20）、ZigBee通信模块（21）和LCD显示模块（22）分别与STM32控制器模块（23）相连；所述食品检测模块（17）用于对食品样品进行显色反应的检测，视频信号采集模块（18）对食品检测的结果进行采集，GPS定位模块（19）用于对对食品检测地点进行定位并电子取证， ZigBee通信模块（21）用于信号的传输，LCD显示模块（22）用于对反馈的信号进行显示，STM32控制器模块（23）分别对视频信号采集模块（18）、电压转换模块（20）、ZigBee通信模块（21）和GPS定位模块（19）进行控制。 |
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| 说明书全文 | 一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置技术领域背景技术[0002] 食品安全是一个关系到千家万户的重大民生问题。近年来，随着消费升级的不断发展，人民的生活水平获得极大的改善，人们对于食品的要求已不再满足于能吃饱和美味。“民以食为天，食以安为先”，越来越多的消费者开始注重食品质量，对食品品质的要求逐步成为饮食消费的主要诉求之一，追求安全、健康的一日三餐。然而，我国目前的食品安全现状却不容乐观。随着餐饮企业竞争不断加剧，不法商贩为追求超额利益，进行危害食品安全的行为层出不穷，手段令人发指。接连爆发的“苏丹红”、“上海瘦肉精中毒”、“三鹿奶粉”“工业酒精勾兑假酒”等重大食品安全事件逐渐摧毁了人们对食品安全的信心。现有的检测机构可以对这些有害物质进行监测，但是监测时间周期长，消费者往往食用后才进行检测，因此发明设计一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置，在食品安全检测领域可以便携的使用，保障消费者的食品安全。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置，本发明主要是解决食品安全检测的问题，检测的数据实时保存并同定位信息上传至云端数据库，得到反馈数据后就可知该食品的安全性，该食品检测装置可与网络互联，因此可将数据共享，为更多其他用户提供数据参考。 [0004] 本发明的技术方案是：一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置，包括食品检测模块17、视频信号采集模块18、GPS定位模块19、电压转化模块20、ZigBee通信模块21、LCD显示模块22和STM32控制器模块23；其中食品检测模块17与视频信号采集模块18相连，视频信号采集模块18与STM32控制器模块23相连，GPS定位模块19与STM32控制器模块23相连，电压转换模块20与STM32控制器模块23相连，并与其它模块间接相连，ZigBee通信模块21与STM32控制器模块23相连，STM32控制器模块23与LCD显示模块22相连。 [0005] 其中食品监测模块17包括药腔2、出药通道8、进料通道10、反应腔体12和外壳13；所述反应腔体12固定在外壳13中，反应腔体12一侧通过进药通道8与药腔2相连，药囊4通过底部的承药弹簧5固定在药腔2内，药腔2顶端一侧设有推药按钮1，另一侧与进药通道8连通，药腔2与进药通道8的连接处设有可转动挡板3，进药通道8与反应腔体12的连接处设有半开挡板9，进药通道8上设有切药装置；反应腔体12另一侧设有进料通道10，进料通道10与反应腔体12的连接处设有活动挡板14；反应腔体12上端开有出料口16。所述切药装置包括切药陶瓷刀6和复位弹簧7，切药陶瓷刀6一端固定在进药通道8上，复位弹簧7固定在切药陶瓷刀6上方，进药通道8上方正对切药陶瓷刀6的位置开有通孔，切药陶瓷刀6在复位弹簧7的作用下进入通孔将药囊4切碎并自动复位。 [0006] 其中STM32控制器模块23包括STM32控制器及控制电路，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、晶振Y1、芯片STM32控制器；其中STM32控制器的NRST接电容C1和电阻R1的一端，电容C1的另一端3.3V，电阻R1的另一端接地，STM32控制器的PDO接晶振Y1和电容C2的一端，STM32控制器的PD1接晶振Y1的另一端和电容C3的一端，电容C2和电容C3的另一端共同接地，STM32控制器的VSS0接电容C4和电容C5的一端接3.3V电压，STM32控制器的VDD0接电容C4和电容C5的另一端且接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地。 [0007] 其中视频信号采集模块18包括摄像头及采集电路，采集电路包括芯片OV7660、电阻R3和电容C10，其中芯片OV7660管脚D0-D7分别接STM32控制器的PA0-PA7，芯片OV7660管脚PWDN接地，芯片OV7660管脚XCLK接STM32控制器的PA8，芯片OV7660管脚HREF接STM32控制器的PB3，芯片OV7660管脚PCLK接STM32控制器的PB4，芯片OV7660管脚VSYNC接STM32控制器的PB5，芯片OV7660管脚12C_C接STM32控制器的PB6，芯片OV7660管脚12C_D接STM32控制器的PB7，芯片OV7660管脚REST接电阻R3与电容C10的一端，电阻R3的另一端接地，电容C10的另一端接3.3V电压，芯片OV7660管脚GND接地，芯片OV7660管脚VCC接3.3V电压。 [0008] 其中GPS定位模块19包括芯片EM411和反相器74HC04，其中芯片EM411的3号管脚TX接反向器74HC04的输入端，反向器74HC04的输出端接另一个反相器，该反相器74HC04的输出端接STM32控制器PC7管脚，芯片EM411的4号管脚RX接STM32控制器PC6管脚，芯片EM411的1号管脚和5号管脚共同接地，芯片EM411的2号管脚接5V电压。 [0009] 其中LCD显示模块22用于对反馈信号进行显示，包括电阻R5和液晶显示屏LCD1602；其中液晶显示屏LCD1602管脚D0-D7分别接STM32控制器管脚PB8-PB15，液晶显示屏LCD1602管脚RS接STM32控制器管脚PA8，液晶显示屏LCD1602管脚RW接STM32控制器管脚PA9，液晶显示屏LCD1602管脚EN接STM32控制器管脚PA10，液晶显示屏LCD1602管脚VL接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，液晶显示屏LCD1602管脚GND和VCC分别接地和输入电压。 [0010] 其中电压转化模块20用于将5V电压转换成3.3V的电压，包括芯片AMS1117、电容C15、电容C16、电容C17和电容C18；其中芯片AMS1117管脚IN接电容C15和电容C16的一端，电容C15和电容C16的另一端共同接地，输入电压5V从IN接口进入，芯片AMS1117管脚CUT接电容C17和电容C18的一端，电容C17和电容C18的另一端共同接地，输出电压3.3V从电容C18的进入端输出，芯片AMS1117管脚GND接地。 [0011] 其中ZigBee通信模块21负责信号的传输，包括ZigBee通信控制电路和信号发送电路，其中ZigBee通信控制电路包括ZigBee芯片CC2420、电容C19、电容C20、电容C21、电阻R6和晶振Y2；其中ZigBee芯片CC2420管脚DVDD_RAM、DVDD1.8、DGUARD、DVDD_ADC、AVDD_ADC、AVDD_RF1、AVDD_RF2、AVDD_IF1、AVDD_IF2、AVDD_VCO、AVDD_PRE、VCO_GUARD、AVDD_XOSC16、AVDD_CHP、VREG_OUT共同相接，之后接电容C19的一端，电容C19的另一端接地，ZigBee芯片CC2420管脚R_BIA接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，ZigBee芯片CC2420管脚XOSC16_Q1、XOSC16_Q2分别接晶振Y2的一端，且分别接电容C20、电容C21的一端，电容C20和电容21的另一端共同接地，ZigBee芯片CC2420管脚DVDD3.3与VERG_IN共同相接，之后接3.3V电压，ZigBee芯片CC2420管脚DGND_GUARD、DGND、DBUS_PADS共同相接，之后接地，ZigBee芯片CC2420管脚SO接STM32控制器管脚MOSO、ZigBee芯片CC2420管脚SI接STM32控制器管脚MOSI、ZigBee芯片CC2420管脚SCK接STM32控制器管脚CLK、ZigBee芯片CC2420管脚CSn接STM32控制器管脚CS、ZigBee芯片CC2420管脚SFD、FIFO、FIFOP、CCA分别接STM32控制器管脚PC0-PC3；ZigBee信号发送电路包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电阻R4、天线，其中ZigBee芯片CC2420管脚RF_P接电感L1、电感L2、电容C14的一端，ZigBee芯片CC2420管脚RF_N接电感L1、电容C12、电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电感L3的一端，ZigBee芯片CC2420管脚TXRX_SWITCH接电感L2的另一端和电容C11的一端，电容C13的另一端接电容C14及电感L3的另一端，电容C14的另一端接天线，电容C12的另一端接地。 [0012] 本发明的工作原理：将食品样品投入到反应腔体中，之后再将反应药囊投入反应腔内与样品反应，反应过程中的颜色变化被摄像头记录，记录的信息与定位信息经过STM32控制器暂存，之后再通过ZigBee通信模块上传至云端，反馈数据再回传至监测仪中，之后通过LCD显示屏进行数据显示。该发明设计GPS定位可以保证数据检测的真实性，只对食品中的添加剂或者有害物质设定一个阈值，当含量超标后就会发生显色反应，该检测装置针主要检测可发生固液反应及液液反应的显色反应，对于具体检测哪一物质，可根据用户需求进行定制。通过有标准的显色反应，保证了数据的有效性，通过互联网进行共享保证了数据的共享性。 [0013] 本发明的有益效果：该发明可以实时的对食用食物进行检测，检测数据能快速的进行状态鉴定，并通过数据绑定保证数据的真实性，此外数据的共享性使得数据可以被更多的消费者参考，有利于净化食品安全市场，加快食品安全监管的进程。该发明设计结构简单，成本低廉，有效降低了人力和时间成本，在食品安全发展中有极大地运用。 附图说明 [0014] 图1是本发明的食品检测模块结构图；图2是本发明的原理图； 图3是本发明的 STM32控制器及控制电路； 图4是本发明的视频信号采集模块的电路图； 图5是本发明的GPS定位模块的电路图； 图6是本发明的LCD显示模块的电路图； 图7是本发明的电压转换模块的电路图； 图8是本发明的ZigBee通信控制电路图； 图9是本发明的 ZigBee信号发送电路图； 图中各标号：1-推药按钮、2-药腔、3-可转动挡板、4-药囊、5-承药弹簧、6-切药陶瓷刀、 7-复位弹簧、8-进药通道、9-半开挡板、10-进料通道、11-透明玻璃、12-反应腔体、13-外壳、 14-活动挡板、15-挡板复位弹簧、16-出料口、17-食品监测模块、18-视频信号采集模块、19-GPS定位模块、20-电压转化模块、21- ZigBee通信模块、22-LCD显示模块、23-STM32控制器模块。 具体实施方式[0015] 下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。 [0016] 实施例1：如图1-2所示，一种基于视觉识别的嵌入式食品检测装置，包括食品检测模块17、视频信号采集模块18、GPS定位模块19、电压转化模块20、ZigBee通信模块21、LCD显示模块22和STM32控制器模块23；其中食品检测模块17与视频信号采集模块18相连，视频信号采集模块18与STM32控制器模块23相连，GPS定位模块19与STM32控制器模块23相连，电压转换模块20与STM32控制器模块23相连，并与其它模块间接相连，ZigBee通信模块21与STM32控制器模块23相连，STM32控制器模块23与LCD显示模块22相连。 [0017] 其中食品监测模块17包括药腔2、出药通道8、进料通道10、反应腔体12和外壳13；所述反应腔体12固定在外壳13中，反应腔体12一侧通过进药通道8与药腔2相连，药囊4通过底部的承药弹簧5固定在药腔2内，药腔2顶端一侧设有推药按钮1，另一侧与进药通道8连通，药腔2与进药通道8的连接处设有可转动挡板3，进药通道8与反应腔体12的连接处设有半开挡板9，进药通道8上设有切药装置；反应腔体12另一侧设有进料通道10，进料通道10与反应腔体12的连接处设有活动挡板14；反应腔体12上端开有出料口16。所述切药装置包括切药陶瓷刀6和复位弹簧7，切药陶瓷刀6一端固定在进药通道8上，复位弹簧7固定在切药陶瓷刀6上方，进药通道8上方正对切药陶瓷刀6的位置开有通孔，切药陶瓷刀6在复位弹簧7的作用下进入通孔将药囊4切碎并自动复位。 在进行监测时，推动推药按钮1，药腔2为柔性材料构成，因此加载在推药按钮1的力通过药腔2作用于药囊4，药囊4顶开转动挡板3，通过进药通道8滑至固定的半开挡板9前，其中进药通道8做成倾斜式的，方便药囊4的进入，之后转动挡板3复位，按复位弹簧7作用于切药陶瓷刀6将进药通道8内的药囊4切碎，药从半开挡板9下滑至反应腔体12中，此时半开挡板9和转动挡板3起到了防止药液四溅的作用，药囊4通过药腔2上的开口进行添加，承药弹簧5为药囊4进行支撑和推进的作用，食物样品通过进料通道10进行添加，加样的时候将活动挡板14上方的挡板复位弹簧15拉起放松，此时活动挡板14升起，样品从此处进入反应腔体12，反应完成后将反应后的液体倒出时，压住挡板复位弹簧15，防止液体从进料通道10进入，液体从出料口16流出，混合液体在反应腔体12中反应，反应腔体12的外层为透明玻璃11，摄像头固定在外壳15中且对着反应腔体12，反应过程中产生的色彩变化通过摄像头进行记录，信号传至STM控制器中，之后数据同定位信号一起通过ZigBee通信电路上传至云端，外壳13对整个反应装置及进行保护和支持的作用。 [0018] 实施例2：如图3所示，其中STM32控制器模块23包括STM32控制器及控制电路，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、晶振Y1、芯片STM32控制器；其中STM32控制器的NRST接电容C1和电阻R1的一端，电容C1的另一端3.3V，电阻R1的另一端接地，STM32控制器的PDO接晶振Y1和电容C2的一端，STM32控制器的PD1接晶振Y1的另一端和电容C3的一端，电容C2和电容C3的另一端共同接地，STM32控制器的VSS0接电容C4和电容C5的一端接3.3V电压，STM32控制器的VDD0接电容C4和电容C5的另一端且接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地。 [0019] 如图4所示，其中视频信号采集模块18包括摄像头及采集电路，摄像头采用常规的如OV7660摄像头即可，采集电路包括芯片OV7660、电阻R3和电容C10，其中芯片OV7660管脚D0-D7分别接STM32控制器的PA0-PA7，芯片OV7660管脚PWDN接地，芯片OV7660管脚XCLK接STM32控制器的PA8，芯片OV7660管脚HREF接STM32控制器的PB3，芯片OV7660管脚PCLK接STM32控制器的PB4，芯片OV7660管脚VSYNC接STM32控制器的PB5，芯片OV7660管脚12C_C接STM32控制器的PB6，芯片OV7660管脚12C_D接STM32控制器的PB7，芯片OV7660管脚REST接电阻R3与电容C10的一端，电阻R3的另一端接地，电容C10的另一端接3.3V电压，芯片OV7660管脚GND接地，芯片OV7660管脚VCC接3.3V电压。 [0020] 如图5所示，其中GPS定位模块19包括芯片EM411和反相器74HC04，其中芯片EM411的3号管脚TX接反向器74HC04的输入端，反向器74HC04的输出端接另一个反相器，该反相器74HC04的输出端接STM32控制器PC7管脚，芯片EM411的4号管脚RX接STM32控制器PC6管脚，芯片EM411的1号管脚和5号管脚共同接地，芯片EM411的2号管脚接5V电压。 [0021] 如图8-9所示，其中ZigBee通信模块21负责信号的传输，包括ZigBee通信控制电路和信号发送电路，其中ZigBee通信控制电路包括ZigBee芯片CC2420、电容C19、电容C20、电容C21、电阻R6和晶振Y2；其中ZigBee芯片CC2420管脚DVDD_RAM、DVDD1.8、DGUARD、DVDD_ADC、AVDD_ADC、AVDD_RF1、AVDD_RF2、AVDD_IF1、AVDD_IF2、AVDD_VCO、AVDD_PRE、VCO_GUARD、AVDD_XOSC16、AVDD_CHP、VREG_OUT共同相接，之后接电容C19的一端，电容C19的另一端接地，ZigBee芯片CC2420管脚R_BIA接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，ZigBee芯片CC2420管脚XOSC16_Q1、XOSC16_Q2分别接晶振Y2的一端，且分别接电容C20、电容C21的一端，电容C20和电容21的另一端共同接地，ZigBee芯片CC2420管脚DVDD3.3与VERG_IN共同相接，之后接3.3V电压，ZigBee芯片CC2420管脚DGND_GUARD、DGND、DBUS_PADS共同相接，之后接地，ZigBee芯片CC2420管脚SO接STM32控制器管脚MOSO、ZigBee芯片CC2420管脚SI接STM32控制器管脚MOSI、ZigBee芯片CC2420管脚SCK接STM32控制器管脚CLK、ZigBee芯片CC2420管脚CSn接STM32控制器管脚CS、ZigBee芯片CC2420管脚SFD、FIFO、FIFOP、CCA分别接STM32控制器管脚PC0-PC3；ZigBee信号发送电路包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电阻R4、天线，其中ZigBee芯片CC2420管脚RF_P接电感L1、电感L2、电容C14的一端，ZigBee芯片CC2420管脚RF_N接电感L1、电容C12、电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电感L3的一端，ZigBee芯片CC2420管脚TXRX_SWITCH接电感L2的另一端和电容C11的一端，电容C13的另一端接电容C14及电感L3的另一端，电容C14的另一端接天线，电容C12的另一端接地。 [0022] 本实施例主要实现对食品样品的监测和数据采集，协同GPS定位信号一起暂存至STM32控制器中，之后再通过ZigBee通信模块将数据上传至云端，其中GPS定位可以对检测地点进行电子取证，同时还对检测仪器进行定位，防盗追踪，保证了数据检测的真实性和有效性，通过互联网进行共享保证了数据的共享性。 [0023] 实施例3：本实施例其余部分与前一实施例相同，其中如图6所示， LCD显示模块22用于对反馈信号进行显示，包括电阻R5和液晶显示屏LCD1602；其中液晶显示屏LCD1602管脚D0-D7分别接STM32控制器管脚PB8-PB15，液晶显示屏LCD1602管脚RS接STM32控制器管脚PA8，液晶显示屏LCD1602管脚RW接STM32控制器管脚PA9，液晶显示屏LCD1602管脚EN接STM32控制器管脚PA10，液晶显示屏LCD1602管脚VL接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，液晶显示屏LCD1602管脚GND和VCC分别接地和输入电压。 [0024] 如图7所示，其中电压转化模块20用于将5V电压转换成3.3V的电压，包括芯片AMS1117、电容C15、电容C16、电容C17和电容C18；其中芯片AMS1117管脚IN接电容C15和电容C16的一端，电容C15和电容C16的另一端共同接地，输入电压5V从IN接口进入，芯片AMS1117管脚CUT接电容C17和电容C18的一端，电容C17和电容C18的另一端共同接地，输出电压3.3V从电容C18的进入端输出，芯片AMS1117管脚GND接地。 [0025] 本实施例主要是将云端处理后的数据回传至ZigBee通信模块，之后再转入STM32控制模块中暂存，通过控制液晶显示屏LCD1602对检测数据进行显示。 [0026] 上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。 |
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