食品（蘑菇）分级包装生产线机械设计开题报告

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1. 研究目的与意义

蘑菇广泛分布于地球各处，在森林落叶地带最为丰富。食用蘑菇是理想的天然食品或多功能食品。迄今为止在全世界食用最多的食用蘑菇，学名为双孢蘑菇，通称为蘑菇。蘑菇营养丰富，富含人体必需氨基酸、矿物质、维生素和多糖等营养成分，是一种高蛋白、低脂肪的营养保健食品。经常食用蘑菇能很好地促进人体对其他食物营养的吸收，而且可以延缓衰老。由于生活水平的提高，人们在享受肉类食品带来美味的同时，也越来越注意身体的健康。这时兼具美味营养与健康的蘑菇就越来越多的走进人们的餐桌，成为人们日常饮食中的常客。国内蘑菇绝大部分被散装出售，因为进入超市以后价格会被提高，这肯定会影响销量。但是散装的蘑菇保质期短，品类参差不齐，表面可能含有大量的农药残留，而且蘑菇极易腐烂，不小心被吃下去可能会造成食物中毒。我国人口众多，对蘑菇的需求量很大，散装出售的方式不利于蘑菇的运输与销售。香菇生产企业在香菇分级过程大量采用了人工进行作业，因此，出现了分级效率低，产量小，分级标准不一致，分级不准确等问题。将机、电、机器视觉融为一体的香菇自动分级系统可以很好解决这些问题。它以机械和机器视觉代替人工分检，将人工从 繁重、重复性劳动解放出来，不但分级准确，而且速度快，效率高，大大减少人工产生的误差。综上所述，我国迫切需要有一套成熟的蘑菇分级包装生产线。蘑菇经过分级包装以后，主要具备以下几个优点：（1）可以延长其保质时间（2）上市后可以增加蘑菇的附加价值（3）有利于食品安全（4）出口时提高产品的竞争优势，有利于国际市场的开拓（5）便于运输和销售。

拟定设计的该套分级包装生产线不仅可以用在对食用菌的包装生产，也可以用于其它食品，诸如鸡蛋、草莓，苹果等的分类包装。机械生产包装生产效率高，运行稳定，比较人工操作更能满足生产的需求，更能适应未来的市场，因此对该分级包装生产线的设计具有较高的实用价值。

2. 国内外研究现状分析

1国外研究状况

国外从20世纪90年代就开始研究基于计算机视觉技术的水果分级系统，到现在已有部分实用的产品，如美国的OSCARTM型和MERLIN型高速水果分级生产线(Crowe T q et a1．，1996)。Heinemann等基于机器视觉和专家系统研究了白色双孢蘑菇自动检测和分级系统，以评判蘑菇的质量等级，视觉系统的错误率为20％，而人工检测的不一致率为14％到36％。EJ．Garcia-Ramos采用微处理器和传感器，同时实现了传感器信号处理和输出等级信号延时的功能，同时控制执行机构，实现了水果坚实度的在线检测，取得了良好的效果(EJ．Garcia．R-atmos et a1．，2003)HO．Hsien Chen于2004年研制了基于视觉技术的香菇大小自动分级系统，申请了台湾专利，实现了香菇3个级别大小的分级及异色香菇、破损香菇的识别和剔除，正确率大于92％，分级时间为4．8秒，但由于是人工上料，生产率不高(H．H．Chen and C。H．Ting，2004)。Bundit Jarimopas和NitipongJaisin利用机器视觉技术，根据甜角的形状、大小以及缺陷等进行分级，并设计了一套设备，该设备主要由上料输送系统，图像处理系统，控制系统以及分选执行系统组成。上料输送系统采用带传送，执行机构由气功构成，控制部分由AT89C2051作为主控模块，根据计算机发出的指令，控制执行机构的动作(Bundit JarimopasNitipong Jaisin。2008)。国外最新的分级设备往往具有机器视觉系统(G P．Moreda et a1．，2009)。

2国内研究状况

国内对农产品分级系统的研究相对国外起步较晚，但近些年来，在农产品分级领域，特别是在基于机器视觉的农产品分级领域也开展了大量的研究工作。蒋焕煜等研制了水果分级生产线，利用机器视觉技术对水果品质进行判定，并设计了由输送链轮、链条、料盘轴、分级料盘、分级驱动机构、水果的下落滑道等组的成分级系统来对水果进行分级(蒋焕煜等，2002)。丁建军等利用光电传感器制成的光电开关确定被分选物体的高度位置，确定被分选物体的大小，从而得到分级信息，再经动作机构进行分级。该动作机构主要由住传送带，分传送带，光电开关组，分级闸门以及液压装置等组成。通过得到的等级信息，利用PLC控制机构的动作，从而达到分级的目的(丁建军等，2003)。刘军和钟先信研SUT烟草在线异物剔除系统，采用光电隔离输出卡为信号输出媒介，通过PCI总线与上位机通信接收信号，控制电磁阀将自由下落的烟叶中的杂质剔除(刘军和钟先信，2003)。应义斌等研制了专门的速实时分级机构控制系统，采用了一个CD40194的4位双向移位寄存器和门电路产生产生控制信号，采用36BF003型步进电机作为分级出口的执行元件(应义斌等，2004)。谢峰，张东兴设计的光电式水果分级分选系统，使用光电传感器作为检测元件，AT89C51为控制器，来进行水果大小的检测与分级，当输送带上的水果经过光电传感器时，产生高低电平的变化，系统根据变化电平持续时间的长短来对水果的大小进行分级，并将此顶级信号映射到后续分级电磁阀的延时时间上，来实现对不同大小水果的分级(谢峰和张东兴，2004)0在光电色选机系统中，物料依靠重力落到固定位置，进入光学系统，将CCD输出的图像信息进行图像处理，给出判别信号，当次品到达喷射位置时，气枪喷嘴喷射高速气流，将次品吹入次品槽，合格品继续下落并进入出料盘，从而完成物料的分选(黄鸽，2005)。魏新华等研制了水果自动分选机分级卸料实时控制系统，以AT89S52为控制和核心，接收链轮上编码器发送的信号，完成跟踪算法，与上位机采用CAN总线通信，方便实现多通道的扩展(魏新华，2008)。苹果分级机构中，苹果首先进入输送带和定节拍系统，然后进入自动定向小车，同时摄像头完成苹果表面信息采集，由计算机根据苹果的大小、形状、色彩、缺陷和表面光洁度进行外部质的综合检测，得到每个苹果的等级，然后由计算机发出控制信号驱动执行机构，完成苹果的智能分级(黄秀玲，郑加强，赵茂程，2008)。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1）蘑菇原料的上料与排列问题。

（2）上位机图像软件要求得到香菇的两面的信息来对蘑菇的等级进行判断，因此在此必须对香菇进行翻面，摄像头分别拍摄蘑菇菌盖和菌柄面的图像，来满足上位机对蘑菇图像的要求。

（3）蘑菇由图像系统处理完后，要根据其等级信息对蘑菇进行分级，让不同等级的蘑菇落入不同的料盘。

4. 研究创新点

整个系统有如下特点：（1）双通道／可扩展多通道（2）参数在线调节（3）分级过程在线显示，线上等级显示（4）多通道等级模拟，分级结果统计（5）同步带输送

其中双通道／可扩展多通道和参数在线调节等特点是本设计的亮点与创新点，采用通道可扩展的设计使得本系统只需对软硬件进行极少量改动便可满足更多通道数的生产需求。而参数在线调节的功能使得在现场环境有变化的情况下，通过对参数的在线调节，便可快速满足生产需要。