基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置*

孫星宇 ，王 平 ，呂志華 ，馬遠(yuǎn)慧 ，高潤(rùn)澤

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著人們對(duì)食品安全和衛(wèi)生質(zhì)量的關(guān)注日益增加，農(nóng)產(chǎn)品消毒分類成了一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題[1]。傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類方式存在著諸多問(wèn)題，如識(shí)別精度低、消毒效果不佳、分類不準(zhǔn)確等，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了農(nóng)產(chǎn)品的安全性和衛(wèi)生質(zhì)量[2]。為了解決這些問(wèn)題，近年來(lái)出現(xiàn)了一些新的技術(shù)方案，如基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置。該裝置通過(guò)讀取農(nóng)產(chǎn)品上的條形碼信息來(lái)識(shí)別農(nóng)產(chǎn)品的種類和來(lái)源，并針對(duì)不同的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的消毒處理和分類分揀[3]。這種技術(shù)方案具有識(shí)別精度高、消毒效果好、分類準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性和衛(wèi)生質(zhì)量，保障消費(fèi)者的健康。同時(shí)，這種裝置還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

課題組將詳細(xì)介紹基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置的工作原理和應(yīng)用效果，探討其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用和意義，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。這種技術(shù)方案將會(huì)成為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，為農(nóng)產(chǎn)品安全和衛(wèi)生質(zhì)量的保障提供更加可靠的技術(shù)支持。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

近年來(lái)，農(nóng)產(chǎn)品消毒分類技術(shù)發(fā)展得越來(lái)越快，國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在積極探索和應(yīng)用新的技術(shù)方案，以提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性和衛(wèi)生質(zhì)量。以下是國(guó)內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品消毒分類技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)。

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不斷提升，農(nóng)機(jī)化進(jìn)程加快，為農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間。近年來(lái)，隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全的關(guān)注度不斷提高[4]，農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求也在不斷增加。政府對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的支持力度不斷加大，為農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備的研發(fā)和推廣提供了政策支持。同時(shí)，國(guó)內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備制造商不斷增多，技術(shù)水平也在不斷提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。在技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備不斷更新?lián)Q代，采用了更加智能化的控制系統(tǒng)和更加高效的消毒技術(shù)[5]，提高了消毒效果，降低了農(nóng)產(chǎn)品的損失率。

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟[6]，市場(chǎng)需求相對(duì)穩(wěn)定。隨著全球氣候變化和環(huán)境污染的加劇，消費(fèi)者對(duì)食品安全和環(huán)保的要求不斷提高，為農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備的發(fā)展提供了機(jī)遇。國(guó)外的農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)技術(shù)水平領(lǐng)先，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。跨國(guó)公司的進(jìn)入和國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備的國(guó)際化發(fā)展。一些發(fā)達(dá)國(guó)家也在加強(qiáng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備的監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)制定，進(jìn)一步提高了市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻。在技術(shù)方面，國(guó)外的農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備不斷創(chuàng)新[7]，采用更加先進(jìn)的消毒技術(shù)和更加智能的控制系統(tǒng)，提高了消毒效率和質(zhì)量，降低了農(nóng)產(chǎn)品的損失率。同時(shí)，國(guó)外的農(nóng)產(chǎn)品消毒設(shè)備也更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，采用更加環(huán)保的消毒方式，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

國(guó)內(nèi)外的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類技術(shù)正在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，各種新的技術(shù)方案和系統(tǒng)正在不斷涌現(xiàn)。這些技術(shù)方案和系統(tǒng)可以有效地提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性與衛(wèi)生質(zhì)量，保障消費(fèi)者的健康，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

2 整體設(shè)計(jì)

基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置主要由條形碼讀取模塊、紅外傳感器、顯示器、分揀模塊、監(jiān)控系統(tǒng)、消毒處理模塊以及軟件部分組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

條形碼讀取模塊通過(guò)掃描農(nóng)產(chǎn)品上的條形碼來(lái)獲取農(nóng)產(chǎn)品的種類和來(lái)源信息[8]，并將信息傳輸?shù)教幚砜刂颇K。處理控制模塊根據(jù)條形碼讀取模塊獲取的信息來(lái)控制消毒處理模塊進(jìn)行相應(yīng)的消毒處理。消毒處理模塊可以采用電解水消毒等方法，根據(jù)不同的農(nóng)產(chǎn)品種類和來(lái)源進(jìn)行相應(yīng)的消毒處理。整個(gè)裝置的控制系統(tǒng)采用微型控制器，具有高效、穩(wěn)定和可靠的特點(diǎn)。同時(shí)，裝置的外殼采用不銹鋼材料制作，具有防腐、防霉、易清潔等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證農(nóng)產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量。

軟件部分上傳到巴法云，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控。上傳到巴法云后，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接到系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)整。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)和維護(hù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全性。在上傳到巴法云之前，對(duì)軟件進(jìn)行了測(cè)試和優(yōu)化，保證軟件的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，還考慮到軟件的安全性和隱私保護(hù)，采取了相應(yīng)的措施保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)和隱私。

基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、消毒效果好、分類準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，為消費(fèi)者提供了更加優(yōu)質(zhì)、安全和健康的農(nóng)產(chǎn)品。

3 系統(tǒng)總體需求

1）系統(tǒng)應(yīng)具有較高的識(shí)別精度和穩(wěn)定性，能夠快速準(zhǔn)確地讀取農(nóng)產(chǎn)品上的條形碼信息。

2）系統(tǒng)應(yīng)采用電解水消毒等方法，能夠有效地殺滅細(xì)菌和病毒，提高農(nóng)產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量。

3）系統(tǒng)應(yīng)具有高效、穩(wěn)定和可靠的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制和管理。

4）系統(tǒng)應(yīng)具有防腐、防霉、易清潔等特點(diǎn)，能夠保證農(nóng)產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量。

5）系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機(jī)交互界面，能夠方便用戶進(jìn)行操作和管理。

4 硬件設(shè)計(jì)以及算法

4.1 條形碼讀取模塊

該模塊主要由光電傳感器、條形碼解碼器、信號(hào)放大器和接口電路等組成[9]。光電傳感器可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品上的條形碼進(jìn)行掃描，將掃描后的信息傳輸?shù)綏l形碼解碼器進(jìn)行解碼，然后通過(guò)信號(hào)放大器放大信號(hào)，并通過(guò)接口電路與處理控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。條形碼讀取算法如下：

import cv2import numpy as npfrom pyzbar.pyzbar import decode

# 讀取圖像

img = cv2.imread('barcode.jpg')

# 灰度化

gr ay = cv 2.cv tColor(img, cv2.C OLOR_BGR2GRAY)

# 二值化

ret, thresh = cv2.threshold(gray, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV | cv2.THRESH_OTSU)

# 去除噪聲

kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (3, 3))

closed = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_CLOSE, kernel)

# 查找輪廓

contours, hierarchy = cv2.findContours(closed,cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

# 遍歷所有輪廓for contour in contours:

# 計(jì)算輪廓面積

area = cv2.contourArea(contour) # 如果面積小于一定值則忽略

if area ﹤ 100:

continue # 獲取輪廓外接矩形

rect = cv2.minAreaRect(contour)

box = cv2.boxPoints(rect)

box = np.int0(box) # 繪制輪廓和外接矩形

cv2.drawContours(img, [box], 0, (0, 0, 255), 2)

# 裁剪出條形碼區(qū)域

x, y, w, h = cv2.boundingRect(contour)

barcode = img[y:y+h, x:x+w] # 解碼條形碼

decoded_objs = decode(barcode) # 遍歷所有解碼結(jié)果

for obj in decoded_objs:

# 打印條形碼內(nèi)容

print('Data:', obj.data)

# 顯示圖像

cv2.imshow('Barcode', img)

cv2.waitKey(0)

cv2.destroyAllWindows()

4.2 處理控制模塊

該模塊主要由微型控制器、存儲(chǔ)器、顯示器和接口電路等組成。微型控制器可以對(duì)條形碼讀取模塊獲取的信息進(jìn)行處理和控制[10]，存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)和程序，顯示器可以顯示相關(guān)信息，接口電路可以與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.3 消毒處理模塊

該模塊主要由消毒液和霧化噴頭等組成。根據(jù)不同的農(nóng)產(chǎn)品種類和來(lái)源，可以選擇不同的消毒處理方法[11]，消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)具有穩(wěn)定、可靠、高效、節(jié)能等特點(diǎn)，能夠滿足農(nóng)產(chǎn)品消毒分類的需求，提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性和衛(wèi)生質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，整體實(shí)物圖如圖3 所示。

圖3 整體實(shí)物圖

5 軟件設(shè)計(jì)

1）前端展示部分：該部分不僅提供用戶界面，還具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，可以通過(guò)攝像頭對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝和監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的全方位監(jiān)控和管理。此外，前端展示部分還具有數(shù)據(jù)可視化功能，可以將農(nóng)產(chǎn)品消毒處理數(shù)據(jù)通過(guò)圖表等形式進(jìn)行展示。

2）后端服務(wù)部分：該部分可以進(jìn)一步細(xì)化為數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)邏輯兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)處理方面，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性；業(yè)務(wù)邏輯方面，則需要根據(jù)用戶請(qǐng)求進(jìn)行相應(yīng)的處理，包括條形碼識(shí)別、農(nóng)產(chǎn)品分類、消毒處理等功能。

3）條形碼識(shí)別部分：該部分可以進(jìn)一步細(xì)化為條形碼掃描和識(shí)別兩個(gè)方面。條形碼掃描方面，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件設(shè)備和軟件接口，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品條形碼的快速掃描；條形碼識(shí)別方面，則需要使用相應(yīng)的算法和模型，對(duì)掃描到的條形碼進(jìn)行識(shí)別和解碼，從而獲取農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息。

4）消毒處理部分：該部分可以進(jìn)一步細(xì)化為消毒方式和參數(shù)設(shè)置兩個(gè)方面。消毒方式方面，需要根據(jù)不同的農(nóng)產(chǎn)品分類，選擇相應(yīng)的消毒方式，包括化學(xué)消毒、物理消毒等；參數(shù)設(shè)置方面，則需要根據(jù)消毒方式和農(nóng)產(chǎn)品分類等因素，確定相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，包括溫度、濕度、時(shí)間等。

5）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：該部分可以進(jìn)一步細(xì)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)管理兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)表和字段，從而存儲(chǔ)農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息和消毒處理的記錄；數(shù)據(jù)管理方面，則需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)安全等功能，從而確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

6 結(jié)論

基于條形碼識(shí)別的農(nóng)產(chǎn)品消毒分類裝置是一種創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的自動(dòng)化分揀和消毒，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和安全性。該裝置采用了圖像識(shí)別技術(shù)和條形碼識(shí)別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的自動(dòng)識(shí)別和分類，減少了人工操作的時(shí)間和成本。此外，該裝置還具有智能化和自動(dòng)化的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的智能控制和自動(dòng)化處理，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)路徑布局規(guī)劃，結(jié)合條形碼識(shí)別和自動(dòng)消毒分類裝置對(duì)果蔬等農(nóng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能控制，可為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了有力的支持和保障。