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表2-1 嵌入式开发板技术参数5
表2-2 显示屏技术参数6
表2-3 半导体激光发射器技术参数7
表2-4 工业相机技术参数8
表3-1 品质指标分级11
表3-2 苹果样品品质指标11
表3-3 SSC分级准确率统计表12
表3-3 硬度分级准确率统计表12
基于激光散斑技术的便携式苹果内部品质检测分级仪设计
我国是世界上最大的水果种植及生产加工国，其中，苹果是产量最高、出口量最大的果品[1]。2016年我国苹果出口量突破130万吨，较2015年增长59%；出口额达到14.5亿美元，较2015年增长14%，第一次成为世界最大的苹果出口国。2016年苹果出口平均单价为6.8元/kg，较2015年降低0.6元/kg，而进口平均单价高达11元/kg[2]。虽然我国苹果出口量呈增加趋势，但是出口平均单价低，只能占据邻近国家低端消费市场。主要原因在于我国苹果优质果率低。国家质量监督检验检疫总局调查数据显示，我国苹果优质果率为35%左右，达到出口要求的苹果所占比例不足5%；反观美国、日本等发达国家，优质果率高于70%，可供出口的苹果达50%[3]。采后苹果质量的提升依赖于采后商品化的处理，尤其是对规范苹果市场、促进出口有重要作用的采后分级处理。目前，我国苹果分级处理主要依据形状、大小、颜色等外部品质。可溶性固形物含量（Soluble solids content, SSC）、硬度等内部品质检测一般采用化学方法，抽样检查，破坏性强，耗时耗力，在实际分级操作中难以执行。发展苹果内部品质的无损检测技术是提高苹果采后分级处理能力的重要措施。便携式检测仪器是一种具有良好移动性的以手部操作为主的工业仪器[4]。随着各种低功耗电子元器件的开发使用以及嵌入式系统的深入研究，各个行业都在进行便携式检测仪器的应用推广[5]。开发便携式苹果内部品质检测分级仪有助于便捷、快速、高效、无损地进行苹果采后分级处理，对提高我国苹果采后分级处理能力、国际市场竞争力，推动我国苹果乃至整个水果产业的发展具有重要意义。
1 仪器设计的可行性分析
1.1 便携式检测仪器在水果无损检测方面的应用现状
农产品无损检测技术是利用自身的力学、光学、电学及声学等物理性质对其品质进行非破坏性检测，并按照一定标准对其进行分级分选的新兴技术[6]。目前，光谱技术和机器视觉技术因其无损、快捷、高效等特点，被广泛应用于水果检测中，相关便携式检测仪器的开发也从理论研究走向生产应用。美国Ocean Optics公司的ACCUNIR2200型便携式水果品质分析仪、日本Kubota公司的K-BA100R型水果品质检测仪、日本Towa公司的TD-2000C型水果内部品质分析仪、意大利Unitec公司的JC10-QS-300无损伤检测设备以及中国聚光科技公司的Sup NIR-1000系列便携式水果无损检测仪是已经投入生产销售的部分基于近红外光谱技术的便携式水果内部品质检测仪，可用于检测部分水果的SSC、硬度和酸度等[7]。樊书祥[1]等设计了一种高效获取苹果光谱信息的环形光纤探头，结合微型光谱仪及WinCE嵌入式操作系统，开发了便携式苹果可溶性固形物含量光谱检测仪。经验证，该仪器基本满足苹果SSC的便携、快速、无损检测，但检测装置的稳定性和预测精度有待进一步提高。翟建龙[8]等开发了一种基于微型光谱仪MircroNIR1700和Android平板的便携式水果无损检测装置，实现对脐橙SSC、pH和皮厚的检测。康志亮[9]等设计了一款基于嵌入式微处理器的便携式水果损伤检测装置，装置采用可见光/近红外光漫反射原理，实现了对遭受机械损伤的苹果与无损伤苹果的判别，正确率达到90%以上。