关键词：
牛肉
嫩度
应变值
单片机
仿真咀嚼装置
摘要：
牛肉中有丰富的蛋白质与较低的脂肪和胆固醇,因此受到人们的普遍欢迎。其中,评价畜肉品质的重要方面之一就是牛肉的嫩度评价。牛肉的嫩度是由牛肉中结缔组织的含量与牛肉肌纤维类型、肌浆蛋白的含量及其化学结构决定的。一般情况下,结缔组织含量与肌纤维数密度成反比,肌纤维数与肉质成正比。目前,人们对牛肉的嫩度的要求逐年上升,学者们研究出来了很多的牛肉嫩度检测方法。目前的多数牛肉嫩度检测方法与实际结果存在着很大差别,不能很好的在线检测牛肉嫩度。针对这些问题,本文开发了一套基于单片机技术的牛肉嫩度在线检测系统。本文的主要研究工作如下:1.本文根据人体口腔环境与咀嚼习惯研制了一套仿真咀嚼装置,该装置包括仿真咀嚼部分、仿生咀嚼装置驱动部分、仿生咀嚼装置数据采集与分析部分。仿生咀嚼部分包括仿真牙齿、仿真牙床、仿真上下颌骨的设计;仿生咀嚼装置驱动部分包括电源、驱动器、步进电机的选型、单片机的控制与研究;仿真咀嚼装置数据采集与分析部分包括应变片数据采集、数据的接收与研究。该装置操作控制方便,检测运行快捷,可连续运转,有很强的稳定性和实用性,可以做到节约检测时间和减少经济投入与人力劳动的效果。2.以STM32F050单片机为核心开发了一套硬件电路。主要包括充电模块,晶振模块以及单片机最小系统,其中单片机最小系统包括看门狗(Watch dog)系统与串口通信模块。实现对仿真咀嚼装置的控制,使仿真咀嚼能按要求对牛肉进行充分咀嚼。3.利用C语言与VB语言开发了一套实现人机交互的仿真咀嚼系统的控制软件系统。整个控制系统分为上位机程序设计与下位机程序设计两部分。上位机程序的调用可以实现仿真咀嚼检测牛肉嫩度装置的开启,选择电机的运行,对电机的运动方向、运动速度、运动周期进行控制,控制电机的运动轨迹以及对电机进行运动微调的操作。上位机与下位机通信并且通过VB语言编程设置电机转动的位移、角度、速度、周期等参数。使咀嚼装置可以得到控制并可以达到最佳的状态。下位机即单片机最小系统作为整个系统的控制核心,它主要负责接收上位机发来的控制信号产生控制步进电机转动的脉冲。上、下位机共同合作才能使人齿咀嚼仿真系统能更好的运作,使其对牛肉进行充分咀嚼。4.在完成仿真咀嚼装置的设计、控制电路调试、软件设计的基础上,对仿真咀嚼系统进行了基于应变片检测牛肉嫩度等级的试验。结果表明,本系统实现了在仿真咀嚼的过程中快速检测牛肉嫩度等级,接下来利用牛肉嫩度感官评定与质构参数和自组织神经网络评定牛肉样品嫩度等级,利用贝叶斯判别、聚类分析、自组织神经网络判定检测牛肉嫩度等级,正确率分别为89.2%、83%、95%。根据结果,本研究选用自组织神经网络作为基于牛肉嫩度等级的评定方法。
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