【摘 要】
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猕猴桃柔嫩多汁、营养极为丰富,深受广大消费者的青睐。为了提高猕猴桃的产量和单果重量,果农经常对猕猴桃的幼果浸蘸外源植物生长调节剂(俗称膨大剂)。然而,膨大剂处理使得猕猴桃果实(膨大果)的品质下降、口感变差、烂果率高。此外,膨大剂对人体健康潜在的安全隐患尚不明确。为了使得猕猴桃产业健康发展,各地方政府纷纷规定严禁在猕猴桃生产过程中施用膨大剂。但由于没有相应的猕猴桃膨大果检测方法和装置,使得实际生产过
【基金项目】
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国家自然科学基金项目——外源性植物生长激素对猕猴桃果实光学特性的影响机理解析(编号:31772065); 陕西省重点研发计划——猕猴桃膨大果无损检测关键技术及便携式膨大果检测仪的研发(农业领域)(编号:2017ZDXM-NY-060);
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猕猴桃柔嫩多汁、营养极为丰富,深受广大消费者的青睐。为了提高猕猴桃的产量和单果重量,果农经常对猕猴桃的幼果浸蘸外源植物生长调节剂(俗称膨大剂)。然而,膨大剂处理使得猕猴桃果实(膨大果)的品质下降、口感变差、烂果率高。此外,膨大剂对人体健康潜在的安全隐患尚不明确。为了使得猕猴桃产业健康发展,各地方政府纷纷规定严禁在猕猴桃生产过程中施用膨大剂。但由于没有相应的猕猴桃膨大果检测方法和装置,使得实际生产过程中依然大规模违规施用膨大剂。为了提供一种无损、快速、廉价的猕猴桃膨大果无损检测仪,本文以常用的氯吡脲为膨大剂,以未经氯吡脲处理的‘华优’、‘徐香’、‘海沃德’猕猴桃正常果以及经氯吡脲处理的膨大果为研究对象,基于猕猴桃的近红外漫反射光谱,选取出表征猕猴桃正常果和膨大果的特征波长,进而以ARM控制器设计便携式猕猴桃膨大果检测仪的硬件系统和以C语言为编程语言的检测仪的软件,最后对检测仪的检测准确率进行测试和验证。本论文主要研究内容和结论如下:(1)基于猕猴桃的近红外漫反射光谱,选取识别猕猴桃正常果和膨大果的特征波长。采集‘华优’、‘徐香’、‘海沃德’猕猴桃膨大果和正常果在898.27~1719.61 nm漫反射光谱数据,采用标准正态变换进行光谱预处理,利用连续投影算法提取表征三个品种猕猴桃的特征波长。对‘华优’、‘徐香’、‘海沃德’猕猴桃分别提取7、6和7个特征波长。(2)便携式猕猴桃膨大果无损检测仪硬件系统的设计。以ARM Cortex-M3内核STM32F103C8T6芯片为控制处理器,设计了晶振时钟、硬件复位、电源电路等。以波长340~2400 nm微型卤素灯和5个特征波长下的窄带滤光片设计特征波长提取装置。以光电二极管接受反射的光信号,并利用OPA277高精度型运算放大器设计信号检测模块。并完成了电路原理图绘制和PCB板制作,以及检测仪壳体的设计和制作等。(3)便携式猕猴桃膨大果无损检测仪软件系统的设计。运用C语言在Keil MDK5.13软件下设计测量软件,以实现猕猴桃特征波长下反射光信号的测量、检测仪的校准、菜单选择、中断、预测模型调用、检测结果输出等功能。利用外部中断触发STM32F103C8T6的GPIO_PA0~PA4同时采集外部输入的5个特征波长电信号。(4)猕猴桃膨大果预测模型的建立和检测仪的验证。利用检测仪采集猕猴桃特征波长数据,分别建立了单一品种和混合品种下猕猴桃膨大果的PLS-DA预测模型。结果说明,对‘华优’、‘徐香’、‘海沃德’、混合品种猕猴桃膨大果预测模型准确率分别为92.7%、85.5%、71.2%、75.8%。将预测模型写入检测仪软件程序,对检测仪的精度进行验证。结果表明,该检测仪对‘华优’、‘徐香’、‘海沃德’、混合品种猕猴桃膨大果的识别率分别为92.9%、85.3%、67.9%、76.3%。结果指出,对单一品种猕猴桃膨大果的识别率较好,而当多品种混合在一起时,准确率有所下降。三种猕猴桃中,对‘华优’品种的识别率较高,而对‘海沃德’的识别率较低。
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