計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測茶葉包裝儲存期系統(tǒng)的研究

李響（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

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計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測茶葉包裝儲存期系統(tǒng)的研究

李響
（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

摘要：在本茶葉包裝儲存期質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)中采用輔助式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，是因?yàn)榇瞬僮飨到y(tǒng)方便了用戶可以自由地設(shè)計(jì)一些所需要的應(yīng)用功能，另一方面計(jì)算機(jī)輔助操作系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和可靠性。本預(yù)測系統(tǒng)使用了觸摸屏技術(shù)，減少了按鍵的使用，從整體上減小了系統(tǒng)所占用的體積，使系統(tǒng)更加輕巧，而且用戶使用更加方便。本預(yù)測系統(tǒng)更是采用了無線通信技術(shù)，可以使用戶在遠(yuǎn)距離查看茶葉包裝環(huán)境的質(zhì)量，方便快捷。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助；茶葉包裝；儲存期系統(tǒng)；預(yù)測

重慶市教委教改重點(diǎn)課題項(xiàng)目：基于“雙革命三轉(zhuǎn)變”的高職軟件類專業(yè)教學(xué)改革與實(shí)踐，編號：142088。

當(dāng)前，茶葉包裝儲存期預(yù)測設(shè)備種類單一，不能同時(shí)預(yù)測茶葉儲存中多種儲存環(huán)境的濃度；現(xiàn)有的設(shè)備還沒有無線通信的功能，只能在環(huán)境內(nèi)使用，用戶不能遠(yuǎn)距離查看室內(nèi)的情況。本文所介紹的茶葉儲存預(yù)測系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，是因?yàn)榇瞬僮飨到y(tǒng)方便了用戶可以自由地設(shè)計(jì)一些所需要的應(yīng)用功能，另一方面網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和可靠性。本預(yù)測系統(tǒng)使用了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，減少了按鍵的使用，從整體上減小了系統(tǒng)所占用的體積，使系統(tǒng)更加輕巧，而且用戶使用更加方便。

1　計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)簡介

根據(jù)國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）的定義，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”。而國內(nèi)一般認(rèn)為計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是這樣的：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢赃@樣說，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是一種根據(jù)需求定制功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是作為一個智能設(shè)備中很重要的一部分。

實(shí)際上，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是存儲在ROM中的一段控制程序。在實(shí)際應(yīng)用中，很多產(chǎn)品都使用了計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，例如MP3播放器、汽車、火車、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等等物品，它們都是計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)物。有些產(chǎn)品是一段直接控制的程序，不含有操作系統(tǒng)，但是有的產(chǎn)品中是含有操作系統(tǒng)的，一般智能化程度比較高的都是帶有操作系統(tǒng)的。

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)一般都是由輔助式微處理器、輔助式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件以及外圍設(shè)備接口組成，當(dāng)然了還包括需要被控制的對象目標(biāo)。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)硬件部分包括了輔助式微處理器、外圍設(shè)備接口以及存儲設(shè)備，此部分是以微處理器為核心的，其余電路設(shè)計(jì)都是在此模塊上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，同時(shí)微處理器也是整個系統(tǒng)的核心部分；外圍設(shè)備接口是指系統(tǒng)與外界進(jìn)行通信的通用輸入輸出接口，此部分可以完成系統(tǒng)所需要的顯示功能，也可以對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的功能；輔助式操作系統(tǒng)構(gòu)成了一個易于編程的虛擬機(jī)平臺，同時(shí)也是一個系統(tǒng)資源的直接管理者，它同時(shí)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可裁剪性、開放性等特點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是用來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的控制作用，實(shí)現(xiàn)什么作用由所開發(fā)的程序決定，用戶完成可以根據(jù)自己的需要來制定相應(yīng)的軟件，在此，為了用戶可以方便操作，還需要提供一個用戶操作界面。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的使用越來越普通化，輔助式擁有非常巨大的發(fā)展?jié)摿Γ悄芑男枨笫沟幂o助式得到了日新月異的發(fā)展，人們心中的智能化產(chǎn)品也將慢慢被開發(fā)出來，社會也將慢慢步入一個智能化、人性化的環(huán)境。因此，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的魅力將不會褪色。

2　計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測茶葉包裝儲存期系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)的硬件部分總共包含了六大功能模塊，它們分別是溫度采集模塊、儲存期采集模塊、微處理器模塊、LCD顯示模塊、報(bào)警模塊以及無線通信模塊。每一個模塊都貢獻(xiàn)了自己的作用，組合起來就是一個比較完整的預(yù)測系統(tǒng)了。每個模塊的選用是：溫度傳感器采用了DS18B20器件，其輸出信號為數(shù)字信號，可以直接與微處理器連接，非常方便；儲存期采集模塊采用了MS1100-P111儲存期傳感器，其輸出量既可以輸出模擬量，也可以輸出數(shù)字量，如果選擇輸出量為模擬量就需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入，若是直接選擇數(shù)字信號輸出，那么就需要編寫相關(guān)的傳感器驅(qū)動程序；微處理器模塊采用的是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103ZE-EK開發(fā)板，它是以STM32F103ZET6為核心的；LCD顯示模塊選用STM32F103ZE-EK開發(fā)板自帶的LCD顯示屏；報(bào)警模塊相對來說比較簡單，采用了一個LED和一個蜂鳴器，與開發(fā)板是通過GPIO相連接的；無線傳輸模塊采用的是ATK-SIM900A開發(fā)板，它與STM32F103ZET6之間是通過SPI接口進(jìn)行通信的。電源部分也就是開發(fā)板自帶的供電設(shè)備。調(diào)試部分分別提供了如串口、JTAG口、USB口、網(wǎng)口等四種接口可以對預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)的軟件部分包括了部分硬件模塊的計(jì)算機(jī)輔助驅(qū)動程序、部分GPIO口的驅(qū)動程序、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)以及基于Qtopia的預(yù)測系統(tǒng)的用戶界面程序設(shè)計(jì)，界面程序設(shè)計(jì)主要包括開機(jī)界面程序設(shè)計(jì)，顯示主界面設(shè)計(jì)以及設(shè)置界面的設(shè)計(jì)。

2.2茶葉包裝儲存期檢測方法確定

茶葉包裝環(huán)境中擁有很多的危害人體健康的有害儲存期以及一些過期物，而茶葉包裝儲存期檢測主要是針對茶葉包裝甲醛儲存期的檢測。茶葉包裝儲存期檢測的方法有許多種，本文只是介紹其中主要的三種方法，在這三種方法中選擇一種最好的解決方法作為本課題的使用方法。這三種方法如下：

首先是儲存期耗氧量法。這種方法是十分可靠的，也就是利用了茶葉包裝的一些有機(jī)物氧化的特點(diǎn)來進(jìn)行測量的，具體的檢測方法就是采集一定量的儲存期，然后對其進(jìn)行氧化測試，看這些儲存期的耗氧量有多少，最后通過得到的數(shù)據(jù)來推測茶葉包裝有害儲存期的濃度。

其次是化學(xué)分析方法。這種方法是比較繁雜的，就是使用了不同的儲存期可以用化學(xué)反應(yīng)來區(qū)分的特點(diǎn)。在茶葉包裝采集一定量的儲存期，對這些儲存期做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將會得到各種有害儲存期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)我們就可以分析每種儲存期在茶葉包裝的濃度。

最后是傳感器檢測法。這種檢測方法是最方便的，也是十分有效的。就是選擇市面上已經(jīng)有的各種儲存期傳感器，對儲存期可以直接感應(yīng)測量，將得到的數(shù)據(jù)傳送到處理器中處理，轉(zhuǎn)換成濃度方式顯示。儲存期傳感器的類型有四種：電阻型、電感型、電化學(xué)型和電容型這四種。對以上三種檢測方法的對比分析，本課題選用了傳感器的檢測方法，這種方法簡單易用，同時(shí)其檢測的數(shù)據(jù)也是十分有效的，相對于其它兩種方法，方便了太多，也給廣大的用戶提供了可行性的檢測方法。

2.3傳感器的選用

在上一節(jié)我們就介紹了儲存期檢測的三種方案，就確定了以儲存期傳感器方法為本文設(shè)計(jì)的方法。本課題中主要以檢測甲醛為目標(biāo)，所以選用相關(guān)實(shí)用合理的甲醛儲存期傳感器。甲醛儲存期傳感器擁有許多的品種，有電化學(xué)型、電阻型、電容型以及電感型這四種類型。

本文中儲存期傳感器采用的是電化學(xué)式傳感器。其檢測原理是：在茶葉包裝環(huán)境下，當(dāng)儲存期接觸傳感器后，會與傳感器里面的溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電壓信號，將電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后就可以得到茶葉包裝相應(yīng)的儲存期濃度。這種類型的傳感器測量操作十分簡單，而且體積小巧，精度也不錯，方便組合安裝，因此，在茶葉包裝的儲存期檢測應(yīng)用中相當(dāng)普遍。本課題選用MS1100-P111傳感器模塊。

MS1100-P111傳感器模塊是一個集成的采集模塊，采集的信號可以直接得到輸出，這個模塊使用了MS1100探頭作為傳感器的核心探頭；它具有極其優(yōu)良的穩(wěn)定性和十分良好的靈敏度，可測量精度精確到了0.1ppm，相對于普通應(yīng)用來說，這個精度已經(jīng)夠用戶使用了，如果是在一些要求精度相當(dāng)高的情況下，就需要采用更高精度的儲存期傳感器了；此傳感器不但價(jià)格便宜，而且整體體積是非常小巧的，非常有利于減小整個系統(tǒng)的整體占用體積；最后這個傳感器還是十分利于用戶預(yù)測茶葉包裝的環(huán)境質(zhì)量的。

2.4預(yù)測系統(tǒng)效果分析

基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)是國內(nèi)性價(jià)比最高的一款儀器設(shè)備，具有非常強(qiáng)大的競爭力；使用時(shí)可以明顯知道，該預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測茶葉儲存濃度的速度是非?？斓?，它所使用的儲存環(huán)境傳感器反應(yīng)十分靈敏，而且可以長時(shí)間使用；該預(yù)測系統(tǒng)在顯示方面，使用的是點(diǎn)陣顯示技術(shù)，支持兩種語言操作界面，中文和英文；該預(yù)測系統(tǒng)還具有報(bào)警的功能，采用的是聲光報(bào)警技術(shù)，由于茶葉儲存的特性，報(bào)警的閥值可以根據(jù)需要自主設(shè)置；還有就是該預(yù)測系統(tǒng)還可以存儲預(yù)測到的數(shù)據(jù)，還能保持最大的預(yù)測效果值。

此種類型的預(yù)測系統(tǒng)可以對許多種物質(zhì)產(chǎn)生的茶葉儲存以及氨污染物進(jìn)行現(xiàn)場預(yù)測，在眾多場所都可以實(shí)時(shí)使用，其特點(diǎn)有：使用國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測方法，茶葉儲存使用酚試劑法，而氨則使用納氏試劑法；該儀器的預(yù)測速度說不上快，但是也不是那么慢，預(yù)測過程需要10-15分鐘；該預(yù)測系統(tǒng)配備了大屏幕液晶來顯示測試結(jié)果，儀器內(nèi)部是使用單片機(jī)智能控制操作的，具有比較良好的人機(jī)交互界面，同時(shí)該預(yù)測系統(tǒng)還具有非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理功能，而且得到的測試數(shù)據(jù)還可以實(shí)時(shí)保存和記錄。

3　結(jié)語

本文以茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)作為研究對象，首先介紹了當(dāng)今茶葉包裝儲存期問題、產(chǎn)生過期的原因以及本文設(shè)計(jì)的背景和意義所在；其次介紹了幾種輔助式操作系統(tǒng)、處理器芯片的選用以及本預(yù)測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。并對LCD顯示、USB接口以及SIM900A模塊等硬件的驅(qū)動程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)開發(fā)，還設(shè)計(jì)了用戶需要的應(yīng)用程序，最后，設(shè)計(jì)了基于Qtopia的茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)操作界面，這些程序都是計(jì)算機(jī)輔助操作系統(tǒng)這個開發(fā)平臺上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

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作者簡介：李響（1979-），男，湖北武漢人，本科，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。