CN102166571B - 一种机采鲜茶叶智能分类装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机采鲜茶叶智能分类装置，属于农林机械技术领域。该装置含有控制部分以及转盘，转盘周边沿圆周方向依次安置投料器、茶叶测位器、摄像头，以及一组分拣器；分拣器含有安装在机架上的链传动机构，链传动机构的传动链外侧装有可以随链条由转盘中部刷向转盘边缘的毛刷，传动链的内端装有用于控制毛刷停止位置的毛刷到位感应装置；茶叶测位器的信号输出端接单片机控制电路的对应信号输入端，摄像头的信号输出端接PC机的图像信号输入端，单片机控制电路的控制输出端分别接各链传动机构的受控端。本装置可以高效自动完成茶叶分类全过程。

Description

一种机采鲜茶叶智能分类装置
技术领域
本发明涉及一种茶叶分类装置，尤其是一种机采鲜茶叶智能分类装置，属于农林机械技术领域。
背景技术
目前，机械采茶越来越多地被广泛使用。然而机采鲜茶叶中各种等级茶叶混在一起，且会混有较多的碎茶叶、茶叶梗和非茶植物叶片等杂质。这种各级别混杂的茶叶制成成品茶后，其级别会大大降低。利用茶叶的物理特性进行分选(如风选、筛选、重力选)的设备可以去除大部分杂质，但无法完成茶叶的分级，部分物理特征与茶叶相近的杂质也难以去除。另一种分选设备是茶叶色选机，这种设备只能用来剔除加工后茶叶中的叶梗，不能用于鲜茶叶，也不能识别茶叶的等级类别。因此目前对机采的茶叶只能采用人工分拣的方法获得高等级的鲜茶叶。
《农业网络信息》2010年第7期发表了由陈怡群等人撰写的论文《人工神经网络技术在鲜茶叶分选中的应用》，该文公开了一种根据鲜茶叶图像的几何形状和颜色纹理，利用神经网络技术确定茶叶级别(类别)的研究成果，根据该项成果编制的计算机程序可将机采的鲜茶叶分为全芽、一芽一叶和一芽多叶等不同的等级进行分类识别，其识别正确率可达90％，特别是对于全芽(一级)茶叶的识别可以达到99％以上。但这项软件技术的成果要应用于茶叶的实际分拣，还需要相应的设备装置来实现。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种可以高效自动完成茶叶分类全过程的机采鲜茶叶智能分类装置。
为了达到上述目的，本发明的机采鲜茶叶智能分类装置含有PC机和与之通讯连接单片机控制电路构成的控制部分，还含有绕圆心转动的水平透明转盘，所述转盘周边沿圆周方向依次安置使茶叶自上至下落在转盘上的投料器，用于感知茶叶通过的茶叶测位器，用于摄取茶叶图像的摄像头，以及用于使茶叶分类的一组分拣器；所述分拣器含有安装在机架上的链传动机构，所述链传动机构的传动链外侧装有可以随链条由转盘中部刷向转盘边缘的毛刷，所述传动链的内端装有用于控制毛刷停止位置的毛刷到位感应装置；所述茶叶测位器的信号输出端接单片机控制电路的对应信号输入端，所述摄像头的信号输出端接PC机的图像信号输入端，所述单片机控制电路的控制输出端分别接各链传动机构的受控端。
工作时，当将茶叶通过投料器铺放到透明转盘上之后，随转盘转动，通过茶叶测位器被感知并预算出被摄像的时间，接着在通过摄像头时，被摄取图像传送到PC机。PC机获取图像后，借助茶叶图像分类运算，识别出茶叶的类别(例如是全芽、一芽一叶，还是一芽多叶，参见背景技术中的论文)并向单片机发出茶叶类别信号，通过对茶叶所处位置、转盘转速等参数的计算，控制当该茶叶达到其等级对应的分拣器时，被链传动带动的毛刷刷出转盘边缘，落到对应的分类容器中，从而高效自动完成茶叶分类全过程。
本发明进一步的完善是，所述茶叶测位器由一组沿转盘圆周法向连续排列安装的光电传感器构成，所述光电传感器的发光元件和感光元件分别安装在转盘的上下两侧。由于转盘由透明材料制成，因此当茶叶经过传感器安装位置时，连续排列的光电传感器中，至少有一个被遮挡，从而感知茶叶正在经过，输出相应信号，实现茶叶位置测定。
本发明更进一步的完善是，还含有信号输出端接单片机控制电路对应信号输入端的转盘测位器，所述转盘测位器由光电感应器和码盘组成，所述码盘为安装在所述转盘下部，且与转盘同心圆环，所述圆环上沿圆周等间距排列小孔；所述光电感应器的发光元件和感光元件分别安装在码盘小孔的两侧。这样，当小孔对准发光元件时，其光线可以照射到感光元件，转盘转动时，码盘小孔逐个通过光电感应器，从而可以通过对转盘转角的测定得出其转速。
本发明为根据图像特征对鲜茶叶进行分类的软件提供了实现载体，使其可以切实应用于茶叶的实际分拣。实验证明，其分拣准确性可以达到人工分拣的效果，从而提高机采茶叶的等级品质，同时还可以降低人的劳动强度，促进采茶、制茶机械化。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；图中：1、转盘，2、投料器，3、茶叶测位器，4、摄像头，5、分拣器，6、转盘测位器，7、码盘，8、单片机控制箱，9、PC计算机。
图2是图1实施例中单只分拣器的结构示意图；图中：51、被动链轮，52、毛刷，53、传动链，54、带减速器的电机，55、主动链轮，57、永久磁铁，58、干簧管，1、转盘，41、链传动固定角钢，42、分拣器固定螺杆，43、顶板，44、机架。
图3是图1实施例实现工作过程的信号流程图；图中单片机的信号输入输出为：a、输入转盘位置信号，b、输入茶叶位置信号，c、输出分拣器和转盘驱动电机的控制信号，d、输入输出键盘控制信号，e、输入输出与PC机通信(RS232)信号，f、输出液晶屏显示信号。
具体实施方式
实施例一
本实施例的机采鲜茶叶智能分类装置如图1所示，含有PC机9和与之通讯连接单片机控制电路8构成的控制部分，还含有绕圆心转动的水平透明转盘1。转盘1周边沿圆周方向依次安置使茶叶自上至下落在转盘上的投料器2，用于感知茶叶通过的茶叶测位器3，用于摄取茶叶图像的摄像头4，以及用于使茶叶分类的一组五只分拣器5。茶叶测位器3由一组沿转盘圆周法向连续排列安装的光电传感器构成，此光电传感器的发光元件和感光元件分别安装在转盘1的上下两侧。当位于透明转盘上的茶叶经过光电传感器安装位置时，连续排列的光电传感器中，至少有一个被遮挡，从而可以感知茶叶正在经过，输出相应信号，实现茶叶位置的测定。此外，还含有信号输出端接单片机控制电路8对应信号输入端的转盘测位器，转盘测位器由光电感应器6和码盘7组成。码盘7为安装在所述转盘下部且与转盘同心圆环，圆环上沿圆周等间距排列小孔；光电感应器6的发光元件和感光元件分别安装在码盘小孔的两侧。因此，当小孔对准发光元件时，其光线可以照射到感光元件，而转盘转动时，码盘小孔逐个通过光电感应器，很容易通过对转盘转角的测定得出其转速。
分拣器的结构如图2所示，安装于角钢41的链传动机构通过固定螺杆42吊装在固定于机架44的顶板43上。链传动机构的一端为电机54带动的主动链轮55，另一端为被动链轮51，传动链53外侧装有可以随链条由转盘中部刷向转盘边缘的毛刷52，传动链的内端(被动链轮端)装有用于控制毛刷停止位置的毛刷到位感应装置，该传感装置由固定在传动链53上的永久磁铁57以及邻近传动链的干簧管58构成。
如图3所示，PC机与单片机控制电路通过RS232通讯连接。上述茶叶测位器、转盘测位器的信号输出端接单片机控制电路的对应信号输入端，摄像头的信号输出端接PC机的图像信号输入端，单片机控制电路的控制输出端分别接各链传动机构的受控端。
茶叶自动分类工作在水平放置的转盘上完成，每种茶叶类别对应一个分拣器。茶叶测位器可测定茶叶在转盘上的位置，转盘测位器可测定转盘在某时刻转过的角度。经投料器逐片落到转盘上的茶叶(各片茶叶不重叠)通过茶叶测位器定位，由单片机结合转盘测位器测到的转盘转角计算出茶叶到达摄像位置的时间，并适时通知PC机摄取茶叶图像，PC机获取图像后，用茶叶图像分类程序计算出茶叶的类别并通知单片机，单片机根据茶叶的类别及其在转盘上的位置计算出应该启动的分拣器和启动时间，适时向相应的分拣器发出动作指令，从而完成茶叶分级。
分拣器的永久磁铁57和干簧管58配合完成分拣器毛刷52的定位控制。在初始位置时，毛刷52位于传动链53的上方，单片机发出分拣指令后，电机4带动链轮55转动，在传动链53带动下，毛刷52迅速刷过转盘表面，将茶叶刷入转盘外侧的容器；当传动链53上安装的永久磁铁57随传动链53循环一周回到初始位置时，永久磁铁57接近干簧管58，其磁力使干簧管58动作，产生电机的停止信号，毛刷52又恢复到初始的位置。
此外，利用单片机控制箱的键盘和屏幕可以调整和显示转盘转速等信息。
归纳起来，本实施例的机采鲜茶叶智能分类装置具有以下优点：
1、机械装置与单片机控制部分及PC机的计算程序密切配合，自动完成利用图像分析的方法对鲜茶叶进行分类的工作。
2、茶叶分类的准确率由PC机的茶叶分类程序确定，茶叶分类程序可随时改进，机械装置与单片机控制部分不需要相应修改。
3、利用光电式的茶叶测位器可以准确测定茶叶在转盘上的位置，结合转盘测位器测定的转盘转角位置，就可以准确确定茶叶图像的拍摄时间和分拣器动作的时间，从而获得符合图像分析要求的茶叶图像和适时地分拣茶叶。
4、利用干簧管和安装在分拣器链条上的磁铁可以实现分拣器所需的定位运动，即每次启动，毛刷刷过盘面一次。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种机采鲜茶叶智能分类装置，含有PC机和与之通讯连接单片机控制电路构成的控制部分，其特征在于：还含有绕圆心转动的水平透明转盘，所述转盘周边沿圆周方向依次安置使茶叶自上至下落在转盘上的投料器、用于感知茶叶通过的茶叶测位器、用于摄取茶叶图像的摄像头，以及用于使茶叶分类的一组分拣器；所述分拣器含有安装在机架上的链传动机构，所述链传动机构的传动链外侧装有可以随链条由转盘中部刷向转盘边缘的毛刷，所述传动链的内端装有用于控制毛刷停止位置的毛刷到位感应装置；所述茶叶测位器的信号输出端接单片机控制电路的对应信号输入端，所述摄像头的信号输出端接PC 机的图像信号输入端，所述单片机控制电路的控制输出端分别接各链传动机构的受控端。
2.根据权利要求1所述的机采鲜茶叶智能分类装置，其特征在于：所述茶叶测位器由一组沿转盘圆周法向连续排列安装的光电传感器构成，所述光电传感器的发光元件和感光元件分别安装在转盘的上下两侧。
3.根据权利要求1或2所述的机采鲜茶叶智能分类装置，其特征在于：还含有信号输出端接单片机控制电路对应信号输入端的转盘测位器，所述转盘测位器由光电感应器和码盘组成，所述码盘为安装在所述转盘下部且与转盘同心圆环，所述圆环上沿圆周等间距排列小孔；所述光电感应器的发光元件和感光元件分别安装在码盘小孔的两侧。
4.根据权利要求3所述的机采鲜茶叶智能分类装置，其特征在于：所述分拣器的链传动机构通过固定螺杆吊装在固定于机架的顶板上。
5.根据权利要求4所述的机采鲜茶叶智能分类装置，其特征在于：所述链传动机构的一端为电机带动的主动链轮，另一端为被动链轮。
6.根据权利要求5所述的机采鲜茶叶智能分类装置，其特征在于：所述传动链的被动链轮端装有用于控制毛刷停止位置的毛刷到位感应装置，所述到位感应装置由固定在传动链上的永久磁铁以及邻近传动链的干簧管构成。
7.根据权利要求6所述的机采鲜茶叶智能分类装置，其特征在于：所述PC机与单片机控制电路通过RS232通讯连接。
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