CN103418554A - 基于dsp的小型农产品智能分选机的控制系统与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统与控制方法，属于农产品加工中的分级分选技术领域。控制系统包括物料水平输送装置、照明系统、实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统、以及分选系统；分选系统与物料水平输送装置末端连接，照明系统设置在物料水平输送装置上，实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统设置在照明系统上方。本发明使用DSP芯片作为智能分选机机器视觉的核心，代替普通PC机，独立完成实时图像的采集、处理与分析，并采用单片机与光电开关完成采集触发与分选触发，控制分选，使得机器视觉系统成本低廉、集成度高、处理速度快，且实现了实时图像采集、分析与分选同时进行。

Description

基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统与控制方法

技术领域

本发明涉及农产品加工中的分级分选技术领域，特别涉及一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统与控制方法。

背景技术

基于机器视觉原理的智能分选机近年已逐步应用于各类农产品的分级或分选中，该技术将成为未来农产品分选技术发展的主流。

目前市场上销售的机器视觉分选机（智能分选机）的机器视觉单元的核心一般为普通PC机（或工作站），也有少量采用“PC机+DSP”形式，这些分选机中PC机完成系统的图像采集、分析与控制功能，DSP仅仅用于图像处理，以提高处理速度，系统的核心仍然是PC机。这些分选机主要针对果蔬的大规模采后处理和集中销售，处理效率较高，但结构复杂、成本较高，不适应农户、家庭农场等小规模的处理和销售对设备低成本与轻简化（轻型、简易、结构紧凑）的需要，因此机器视觉分选技术难以普及与推广。

发明内容

本发明的目的在于解决基于机器视觉分选设备的低成本、多用途（适应多种类型的农产品分选）及轻简化（轻型、简易、结构紧凑）等问题，克服现有智能分选机因针对果蔬的大规模采后处理和集中销售，造成分选设备结构庞大、成本高，不适应农户、家庭农场等小规模的处理和销售的问题，提供一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统与控制方法，来降低智能分选机中机器视觉单元的采购成本。

本发明的另一目的在于，提供一种基于上述控制系统的控制方法。

为了达到上述第一发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，包括物料水平输送装置、照明系统、实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统、以及分选系统；所述分选系统与物料水平输送装置末端连接，所述照明系统设置在物料水平输送装置上，所述实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统设置在照明系统上方。

优选的，所述照明系统包括多条日光色荧光灯和暗箱，日光色荧光灯安装在暗箱内部的四个竖直面上。

优选的，所述实时图像采集与分析系统包括摄像头、DSP芯片、液晶显示器及控制箱，摄像头安装于暗箱顶部的中间，DSP芯片放于暗箱外部竖直面上的控制箱内，液晶显示器安装在控制箱侧面，摄像头和液晶显示器分别与DSP芯片通过数据线缆连接。

优选的，所述DSP芯片为DM642，所述摄像头为CCD彩色摄像头。

优选的，所述分选系统包括单片机、继电器组、电磁铁、收集箱、光电开光二；单片机的GPIO口与DSP芯片的GPIO口连接，接收与存储DSP芯片对传送带上物料识别的结果；光电开关二的输出信号与DSP芯片的GPIO4连接，用于触发单片机输出存储的识别结果，继电器组的输入端与单片机的GPIO口连接，输出处理的结果，继电器组输出端分别与各电磁铁连接，电磁铁拉动变向机构，改变物料滑落的方向。

优选的，所述单片机为MSP430F149信号处理器。

优选的，所述图像采集触发与分选触发系统包括DM642、光电开关一以及反射片，所述光电开关一与反射片分别置于传送带两侧的传感器支架上，当有物料通过光电开关一与反射片之间时，光电开关一输出一个触发信号给DM642，触发DM642处理分析当前时刻采集的图像数据，每次触发只处理光电开关一与反射片之间位于同一排的物料，分选结果以0、1标记，0为符合要求的物料，1为不符合要求的物料。

优选的，所述物料水平输送装置包括机架、水平传送带、水平通道分隔板、滚轮、可调速电机、第一出料槽及第二出料槽，调节可调速电机可控制从动滚轮速度,从动滚轮带动水平传送带,从而控制通过摄像头的物料密度，实现物料分选效率的改变。

为了达到上述第二发明目的，本发明采用以下技术方案“

一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统的控制方法，包括下述步骤：

S1、分选机工作时，给单片机与DSP芯片上电，并启动水平输送带电机，

S2、物料经过暗箱的摄像机下方时，触发光电开关一，摄像机采集图像，经DSP做图像分析，将当前物料识别结果信息送入单片机,存储到单片机内的队列中，当已识别物料到达水平输送带末端，触发光电开关二，由单片机输出队列中的物料识别结果,从而控制继电器的开闭，

S3、通过继电器的开闭控制对应通道的电磁铁的开闭，电磁铁拉动翻板，将不同品种的物料分别送入第一集料箱和第二集料箱，完成分选过程。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明使用DSP芯片（DM642）作为智能分选机机器视觉的核心，代替普通PC机，独立完成实时图像的采集、处理与分析，并采用单片机与光电开关完成采集触发与分选触发，控制分选，使得机器视觉系统成本低廉、集成度高、处理速度快，且实现了实时图像采集、分析与分选同时进行。

（2）本发明应用于物料的阵列式输送方式，摄像机可一次采集多个通道的物料图像，对图像分区域分析即可完成不同通道物料图像的分析。

（3）对于不同物料的分选，本发明可根据物料特征方便修改或更换图像处理与分析程序；

（4）本发明的单片机优选为MSP430进行结果输出控制，实现在线分选，分选动作精确，反应灵敏；

（5）本发明分选机以低成本的嵌入式DSP芯片为机器视觉核心，以单片机作为分选控制单元的核心，针对阵列式输送的物料，通过图像的采集、处理与分析，能够一次获取多个通道的农产品的大小、颜色、表面缺陷等信息，据此实现对农产品品质的分选。分选机控制系统的适用性强、用途广，针对小规模营销农产品分选或分级，可对水果、干果及坚果等不同种类的农产品进行分选，不需要改变输送机构，仅需更换不同的分选程序。

附图说明

图1是一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统正视图。

图2是一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统俯视图。

图3是一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统暗箱内部视图。

图4是一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统硬件结构图。

图5是一种基于DSP的小型农产品智能分选机的图像处理流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2、图3所示，一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，包括多阵列物料水平输送装置、照明系统、实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统、分选系统及辅助部件，所述多阵列物料水平输送系统以及分选系统顺序连接，所述照明系统设置在物料水平传输系统上，所述实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统设置在照明系统上。

物料水平输送系统包括机架12、水平传送带11、水平通道分隔板1、滚轮、可调速电机10及第一出料槽8与第二出料槽9，调节可调速电机10可控制从动滚轮5速度,从动滚轮5带动水平传送带11,从而控制通过摄像头的物料密度，实现物料分选效率的改变。

照明系统包括日光色荧光灯18与暗箱4，暗箱4用于隔绝外部杂光对拍摄成像的影响,安装四条日光色荧光灯于暗箱内部的四个竖直面上,使拍摄区域物料的收光相对均匀，也保持暗箱内的光照情况相对恒定，从而提高了分选算法的准确性。

实时图像采集与分析系统包括CCD彩色摄像头3、DSP芯片、液晶显示器2、控制箱13，本实施例中，所述DSP芯片为DM642，当然其他能完成本实施例功能的DSP芯片均适用于本发明，CCD彩色摄像头3安装于暗箱4顶部的中间，DM642放于控制箱13内，显示器2安装于控制箱13侧面，CCD彩色摄像头3和显示器2分别与DM642通过数据线缆连接，视频数据由CCD彩色摄像头采集，通过DM642编解码从显示器输出，实现场景实时监控，便于观察暗箱内的情况。

图像采集触发与分选触发系统包括DM642、光电开关一16、第一反射片14、第二反射片15，光电开关一16为反射式光电开关，光电开关一16与第一反射片14分别置于传送带两侧的传感器支架上，当有物料通过光电开关一16与第一反射片14之间时，光电开关一16输出一个触发信号给DM642，触发DM642处理分析当前时刻采集的图像数据，每次触发只处理光电开关一16与第一反射片14之间的一排6个通道上的物料，6个通道分选结果以0、1标记，0为符合要求的物料，1为不符合要求的物料（如果需分选多个等级，可进行多次分选），如此6个通道可形成6位二进制的分选结果（如：010101）。

分选系统包括单片机、6路继电器组、电磁铁7、翻板机构6、光电开光二17，本实施例中单片机优选为MSP430，其他型号的单片机同样适用于本发明，只要能完成本发明中的功能即可，MSP430的六个GPIO口与DM642的六个GPIO口连接，接收并存储DM642对光电开光一16处一排6个通道上物料识别结果，当该排物料通过光电开关二17时，光电开关二17输出一个触发信号给MSP430，触发MSP430输出存储的识别结果，6路继电器组的输入端与MSP430的6个GPIO口连接，输出识别结果，6路继电器组输出端与6个电磁铁7对应连接，6个电磁铁7控制6块翻板机构6来改变物料滑落的方向，若该通道的物料符合要求，翻板不动作，物料滑落到第一出料槽8中，若该通道物料不符合要求，翻板打开，物料滑落到第二出料槽9中。

MSP430控制翻板打开的精准时间，物料通过光电开关二17时，翻板打开需要一定的延时，使物料滑落进收集箱，所需的延时设为1秒。

基于DM642的6路干果智能分选机控制系统硬件结构如图4所示，此设计使用DM642的两个视频口，分别为视频口0(VP0)和视频口1(VP1)，VP1设置为视频数据输入接口，VP0设置为视频数据输出接口，另外通过I2C接口对视频编解码芯片内部的寄存器进行配置可以控制视频编解码芯片，从摄像机采集到的是25帧/秒的PAL制式视频数据，DM642将每一帧图像数据存储在SDRAM中，再将存储的图像数据依次输出到显示器上。当图像数据存储在SDRAM中时，可对其进行判别处理。

基于DM642的六路干果智能分选机图像识别工作流程框图如图5所示，光电开关一触发DM642进行图像识别时，DM642开始进行对当前SDRAM中的图像数据进行分析处理，由于光电开关一的位置是固定的，所以每次触发时物料的位置是固定的，所以可以很容易标定好六个通道的位置，每次处理只对标定区域内的图像进行处理即可，节省了大量处理时间；

基于DM642的六路干果智能分选机图像识别方法，在光电开关一没有接受到触发信号时，DM642主要处理视频信号的输入输出，当触发信号到达时，进入图像处理中断，液晶显示屏在此时会停留在进入中断前的画面，当处理完中断后回到视频传输状态，进入中断后是根据物料不同等级间的特性进行相应的算法处理，本系统使用的CCD摄像机输出的图像是PAL制式的视频流，分辨率为720*576像素，Y、Cb、Cr的比例关系为4:2:2。

本发明的智能分选机采用机器视觉技术原理分选的控制方法如下：

分选机工作时，给单片机与DSP上电，在多阵列水平输送带上，物料以阵列式排放并输送，物料经过暗箱的摄像机下方时，触发光电开关一，摄像机采集图像，经DSP做图像分析，将各通道当前物料识别结果信息送入单片机存储，当已识别物料到达水平输送带末端，触发光电开关二，该光电信息送入单片机，并与保存的各通道物料识别结果信息进行逻辑运算，由单片机将翻板开闭信息送入继电器，通过继电器的开闭控制对应通道的电磁铁的开闭，电磁铁拉动翻板，将不同品种的物料分别送入第一集料箱或第二集料箱，完成分选过程。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，包括物料水平输送装置、照明系统、实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统、以及分选系统；所述分选系统与物料水平输送装置末端连接，所述照明系统设置在物料水平输送装置上，所述实时图像采集与分析系统、图像采集触发与分选触发系统设置在照明系统上方。

2.根据权利要求1所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，所述照明系统包括多条日光色荧光灯和暗箱，日光色荧光灯安装在暗箱内部的四个竖直面上。

3.根据权利要求2所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，所述实时图像采集与分析系统包括摄像头、DSP芯片、液晶显示器及控制箱，摄像头安装于暗箱顶部的中间，DSP芯片放于暗箱外部竖直面上的控制箱内，液晶显示器安装在控制箱侧面，摄像头和液晶显示器分别与DSP芯片通过数据线缆连接。

4.根据权利要求3所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，所述DSP芯片为DM642，所述摄像头为CCD彩色摄像头。

5.根据权利要求3所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，所述分选系统包括单片机、继电器组、电磁铁、收集箱、光电开光二；单片机的GPIO口与DSP芯片的GPIO口连接，接收与存储DSP芯片对传送带上物料识别的结果；光电开关二的输出信号与DSP芯片的GPIO4连接，用于触发单片机输出存储的识别结果，继电器组的输入端与单片机的GPIO口连接，输出处理的结果，继电器组输出端分别与各电磁铁连接，电磁铁拉动变向机构，改变物料滑落的方向。

6.根据就权利要求5所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，所述单片机为MSP430F149信号处理器。

7.根据就权利要求1所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在于，所述图像采集触发与分选触发系统包括DM642、光电开关一以及反射片，所述光电开关一与反射片分别置于传送带两侧的传感器支架上，当有物料通过光电开关一与反射片之间时，光电开关一输出一个触发信号给DM642，触发DM642处理分析当前时刻采集的图像数据，每次触发只处理光电开关一与反射片之间位于同一排的物料，分选结果以0、1标记，0为符合要求的物料，1为不符合要求的物料。

8.根据就权利要求1所述一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统，其特征在与，所述物料水平输送装置包括机架、水平传送带、水平通道分隔板、滚轮、可调速电机、第一出料槽及第二出料槽，调节可调速电机可控制从动滚轮速度,从动滚轮带动水平传送带,从而控制通过摄像头的物料密度，实现物料分选效率的改变。

9.一种基于DSP的小型农产品智能分选机的控制系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、分选机工作时，给单片机与DSP芯片上电，并启动水平输送带电机，

S2、物料经过暗箱的摄像机下方时，触发光电开关一，摄像机采集图像，经DSP做图像分析，将当前物料识别结果信息送入单片机,存储到单片机内的队列中，当已识别物料到达水平输送带末端，触发光电开关二，由单片机输出队列中的物料识别结果,从而控制继电器的开闭，

S3、通过继电器的开闭控制对应通道的电磁铁的开闭，电磁铁拉动翻板，将不同品种的物料分别送入第一集料箱和第二集料箱，完成分选过程。

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