張洪洲　劉建萍　白建國(guó)　等

摘要：為了提高脫絨棉籽清選分級(jí)的精度，設(shè)計(jì)了一種基于顏色傳感器的脫絨棉籽分級(jí)系統(tǒng)。通過RGB三基色傳感器RCS3200對(duì)棉籽的外部三基色信息進(jìn)行采集，單片機(jī)控制傳感器采樣，并對(duì)采集來的信息進(jìn)行去噪處理，確定棉籽的等級(jí)，單片機(jī)作出相應(yīng)的決策，控制氣流裝置，將棉籽打入相應(yīng)的等級(jí)箱。結(jié)果表明，該棉籽分級(jí)系統(tǒng)有很強(qiáng)實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：棉籽；RCS3200；分級(jí)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S24；S226.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0386-01

收稿日期：2014-02-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：11242012）；塔里木大學(xué)校長(zhǎng)基金（編號(hào)：TDZKSSZD201304）。

作者簡(jiǎn)介：張洪洲（1982—），男，吉林長(zhǎng)春人，碩士，講師，研究方向?yàn)橹悄軝z測(cè)與控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與信息化。 E-mail：309011160@qq.com。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)是以棗、棉為主的多樣性農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)[1-2]。隨著棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，兵團(tuán)棉花產(chǎn)量多年來一直排在全國(guó)前列[3-4]。作為棉花副產(chǎn)品的棉籽，其用途越來越廣泛，如育種、榨油、加工飼料等，其實(shí)用價(jià)值越來越高；但是由于自然條件等因素的影響，棉籽的品質(zhì)千差萬(wàn)別。棉籽的真實(shí)性和純度是棉籽品質(zhì)的重要組成部分，而現(xiàn)有的技術(shù)條件對(duì)鑒別棉籽的真實(shí)性和純度效果一般，棉籽的真實(shí)品質(zhì)不能得以體現(xiàn)[5]，直接影響到棉籽的合理利用，造成很大損失，而且這種損失又很難控制。研究著重介紹一款采用RCS3200傳感器為采集裝置的棉籽分級(jí)系統(tǒng)，對(duì)于改進(jìn)現(xiàn)有棉籽的機(jī)械特性等原理的分級(jí)方法，推進(jìn)棉籽智能化清選分級(jí)技術(shù)的發(fā)展有重要意義。

1分級(jí)系統(tǒng)原理

1.1設(shè)計(jì)思想

植物的外部顏色特征與其生長(zhǎng)發(fā)育特性具有密切相關(guān)性[6-8]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，成熟的脫絨棉籽接近黑色，而未成熟的脫絨棉籽接近紅棕色；RCS3200可采集物體外部的三基色信息，因此，采集棉籽的外部顏色信息，經(jīng)過信號(hào)處理，就可以達(dá)到分級(jí)目的。

1.2工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)有的棉籽外部顏色信息的特點(diǎn)，提出了一種以RCS3200為采集信息核心的棉籽分級(jí)控制方案，該系統(tǒng)由顏色傳感器、單片機(jī)、鍵盤、顯示、輸送帶控制、等級(jí)氣流控制等部分組成。啟動(dòng)時(shí)顏色傳感器驅(qū)動(dòng)程序初始化，白平衡調(diào)整，由行列式鍵盤向單片機(jī)輸入棉籽的3個(gè)等級(jí)的顏色信息特征值區(qū)間，單片機(jī)控制傳感器采集棉籽的顏色信息，然后進(jìn)行信號(hào)處理，確定該棉籽的等級(jí)，當(dāng)輸送帶將該棉籽送到相應(yīng)的等級(jí)氣流設(shè)備位置時(shí)，單片機(jī)控制氣流裝置將該棉籽掃入相應(yīng)的等級(jí)回收箱內(nèi)，并且在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示出棉籽的分級(jí)情況。

2分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由顏色信息采集部分、決策與執(zhí)行部分、屏顯部分等組成。

顏色信息采集單元采用RGB三基色傳感器RCS3200來實(shí)現(xiàn)對(duì)棉籽顏色信息的采集。RCS3200是TAOS公司推出的數(shù)模兼容的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的集成性很高的傳感器，可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。

決策與執(zhí)行單元由單片機(jī)和電機(jī)、適配器組成。單片機(jī)選用STC單片機(jī)可滿足控制要求；電機(jī)選用伺服電機(jī)（60CB020C-020000）及適配器MS0030B，額定功率150 W，控制下能夠?qū)崿F(xiàn)0～1 440 r/min。

顯示單元要求實(shí)時(shí)顯示棉籽分級(jí)情況，所以采用液晶顯示屏帶背光的LCD1602，可以滿足設(shè)計(jì)需要。

2.2軟件設(shè)計(jì)

進(jìn)行編程，采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言融合編程，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能反復(fù)調(diào)試，直至達(dá)到理想狀態(tài)為止。程序流程見圖1。

3結(jié)果與分析

取3個(gè)等級(jí)脫絨棉籽各300粒，混合后分成3等份，輸送帶運(yùn)行速度0.01 m/s，光照強(qiáng)度在3 000 lx以上，實(shí)驗(yàn)室溫度25 ℃，棉籽的RGB顏色特征閾值k設(shè)定依據(jù)公式，k=（G+B）/（R+G+B）[5-6]，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定棉籽的3個(gè)等級(jí)區(qū)間，1級(jí)：k∈[0.986，1），2級(jí)：k∈[0.863，0.986），3級(jí)：k∈[0705，0.863）進(jìn)行試驗(yàn)，每等份做1次試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果（表1）表明，整體誤差小于2%，分選出的3級(jí)棉籽誤差最小，1級(jí)棉籽誤差較大。

表1脫絨棉籽分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果

4結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的棉籽分級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)、易于控制。棉籽等級(jí)區(qū)間特征值可以根據(jù)需要設(shè)定，可操作性強(qiáng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該棉籽分級(jí)系統(tǒng)是可行的。

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