CN104236654A - 棉花流量传感器 - Google Patents

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李闯
苗中华
沈一筹
胡晓东
周广兴
王胜军
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Abstract

本发明公开一种棉花流量传感器。本传感器主要由发射器和接收器组成。其中发射器电路包括LED驱动电路和电源电路；接收器电路包括光频转换电路、中央处理电路、CAN通信电路、串口电路。当有棉花通过输棉管道时，会衰弱接收器接收到的从发射器发出光的强度。通过对接收到光强的度量就可以间接测量瞬时通过输棉管道的质量流量。在接收端的接收电路中，起关键作用的光频转换芯片会将光强信号转为电信号，输出的电信号经过中央处理电路计算，得到最终测量值。

Description

棉花流量传感器
技术领域
   本发明涉及一种流量传感器，特别是一种基于光学原理的棉花流量传感器,通过这种非接触式流量传感器来实时测量通过采棉机输棉管道的棉花瞬时质量流量。
背景技术
   棉花流量传感器是20世纪90年代由发达国家研制并用于精细农业研究的装置。流量传感器是整个产量检测系统中的核心部件，其稳定性和精度直接决定了棉田产量的准确度，同时影响整个产量检测系统的精度。我国用于棉花测量流量传感器主要有三种类型：一是直接测量，通过棉箱中悬挂的测量容器直接测量，这种方法虽简便但影响了棉箱的装载量和采棉机的灵活性；二是通过籽棉经输棉管到棉箱流动时发出的声音来测量棉花产量，此方法单在采棉机运转过程中易受外界干扰，影响到数据的准确度；三是购买国外公司的成品传感器进行测量，价格昂贵，而且一般在输棉管道上只安装一对传感器，测量方向单一性降低其测产的精确度。本文涉及一种基于光学原理棉花流量传感器，通过测量输棉管中透光率的变化来测算经过管道的瞬时棉花质量流量。
发明内容
   本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于光学原理的棉花流量传感器，提高传感器精确度，增强其稳定性和灵活性，从而弥补我国在测产领域的技术不足。传感器主要由发射器和接收器组成。当有棉花通过输棉管道时，会衰弱接收器接收到的从发射器中发出光的强度。通过对接收到光强的度量就可以间接测量瞬时通过输棉管道的质量流量。其中在接收器的接收电路中，有起关键作用的光电转换芯片，将光强信号转为电信号，以便后续电路对其进行处理和计算，得到最终的输出测量值。
   为达到上述目的，本发明的构思是：本发明是一种基于光学原理的棉花流量传感器包括发射器和接收器。
   所述的发射器主要由LED驱动电路、电源电路组成。其中选用发射波长940nm的红外光的LED作为光源。LED驱动电路采用电压调节芯片MAX16804。通过改变调节电阻的阻值大小，可以调节LED的驱动电流,从而调节LED光强。电源电路选用开关电压调节器LM2596芯片，将24V电压转换为12V电压，同时将12V电压转换为3.3V为接收器供电。
   所述的接收器包括光频转换电路、中央处理电路、CAN通信电路、串口电路。其中光频转换电路中感光芯片选用的是TAOS（德州先进光仪）的TSL系列TSL245光频转换芯片。根据其感光器上接收到的光强大小，线性输出一定频率的50%占空比的电脉冲信号，通过输出频率值来衡量输入光强值。中央处理电路包括STM32F107最小系统，通过STM32F107中定时器来测量光频转换电路输出的5路信号。CAN通信电路选用VP230收发芯片，实现STM32F107与电脑间的数据通信。串口电路选择max3232电平转换芯片连接串口，电脑通过串口把程序下载到STM32F107中。
  根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
  一种棉花流量传感器，包括发射器电路和接收器电路，其特征在于：所述发射器电路由一个电源电路连接一个LED驱动电路构成；所述接收器电路由一个中央处理电路连接一个光频转换电路、一个串口电路和一个CAN通信电路构成；电源电路还连接LED驱动电路、中央处理电路、光频转换电路、串口电路、CAN通信电路；LED驱动电路连接光频转换电路。
  所述LED驱动电路：中央处理电路发出PWM信号至发射器电路，该信号连接一个电阻R4接至3.3V电压，同时该信号接入一个光电隔离芯片2引脚，该光电隔离芯片1引脚接一个电阻R2接入3.3V电压，4引脚接地，3引脚接一个电阻R3接入12V电压，同时该引脚连接一个电压调节芯片MAX16804的17引脚，电压调节芯片MAX16804的1引脚连接20引脚接入发光二极管D5正极，发光二极管D5负极连接发光二极管D4正极，发光二极管D4负极连接发光二极管D3正极，发光二极管D3负极连接发光二极管D2正极，发光二极管D2负极连接发光二极管D1正极，发光二极管D1负极接入电压调节芯片MAX16804的13引脚，同时该引脚连接一个电阻R1接地，电压调节芯片MAX16804引脚2、3、19接入12V电压，同时引脚2、3、19接电容一个C2、C3接地。电压调节芯片MAX16804引脚4、9、11、18悬空，引脚5、6、7、8、10、16接地，引脚12接电容一个C1接地。
  所述光频转换电路：一个光频转换芯片1的1引脚接地，2引脚接一个电容接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH1信号传至中央处理电路；光频转换芯片2的1引脚接地,2引脚接一个电容接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH2信号传至中央处理电路；光频转换芯片3的1引脚接地,2引脚接一个电容接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH3信号传至中央处理电路；光频转换芯片4的1引脚接地,2引脚接一个电容接地,同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH4信号传至中央处理电路；光频转换芯片5的1引脚接地,2引脚接一个电容接地，同时该引脚接3.3V电压,引脚3接TIM_CH1信号传至中央处理电路。
  所述的电源电路：24V电压分别接两个电容接地，同时该电压接一个开关电压调节器1引脚1，引脚5、3接地，引脚2接一个稳压二极管负极，稳压二极管正极接地，同时引脚2接一个电感线圈输出12V电压，该电压接一个电容接地，电压接开关电压调节器1的4引脚接12V电压；12V电压分别接两个电容接地，同时该电压接开关电压调节器2引脚1，引脚5、3接地，引脚2接一个稳压二极管负极，稳压二极管正极接地，同时引脚2接一个电感线圈输出3.3V电压，该电压接两个电容接地，电压接开关电压调节器2的4引脚接3.3V电压。 
  所述的CAN通信电路：一个CAN收发器芯片VP230引脚1接CTXD信号接入中央处理电路；引脚4接CRXD信号接入中央处理电路，引脚2接地，引脚3接3.3V电压，同时该引脚接一个电容接地，引脚5悬空，引脚6接CANL信号，引脚7接CANH信号，同时引脚6、7之间接入一个电阻，引脚8接一个电阻接地。
  本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
  1 采用基于光学原理的流量传感器减少了由于地域不用，土壤质地不同，棉花含水量不同引起的棉花产量的数据误差。
  2 相比国外流量传感器本发明采用了全方位的测量方法，不仅测量了棉花的宽度而且测量其厚度。提高了棉花测产的精确度。
  3 采用了CAN总线的数据通讯方式，具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作，从而提高了在生产应用中的稳定性和精确度。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的LED驱动电路图；
图3为本发明接收端光频转换电路图；
图4为本发明电源电路图；
图5为本发明CAN通信电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：
实施例一：
  参见图1，本棉花流量传感器包括发射器电路（1）和接收器电路（2）。其特征在于：所述发射器电路（1）由一个电源电路（4）连接一个LED驱动电路（3）构成；所述接收器电路（2）由一个中央处理电路（5）连接一个光频转换电路（6）、一个串口电路（7）和一个CAN通信电路（8）构成；电源电路（4）还连接LED驱动电路（3）、中央处理电路（5）、光频转换电路（6）、串口电路（7）、CAN通信电路（8）；LED驱动电路（3）连接光频转换电路（6）。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特征之处如下：
  图2示出发射器电路（1）中LED驱动电路：中央处理电路（5）发出PWM信号至发射器电路，该信号连接一个电阻R4（24）接至3.3V电压，同时该信号接入一个光电隔离芯片（22）2引脚，该光电隔离芯片（22）1引脚接一个电阻R2(23)接入3.3V电压，4引脚接地，3引脚接一个电阻R3(20)接入12V电压，同时该引脚连接一个电压调节芯片MAX16804(12)17引脚，电压调节芯片MAX16804(12)的1引脚连接20引脚接入发光二极管D5（17）正极，发光二极管D5（17）负极连接发光二极管D4(16)正极，发光二极管D4(16)负极连接发光二极管D3(15)正极，发光二极管D3(15）负极连接发光二极管D2(14)正极，发光二极管D2(14)负极连接发光二极管D1(13)正极，发光二极管D1(13)负极接入电压调节芯片MAX16804(12)13引脚，同时该引脚连接一个电阻R1(11)接地，电压调节芯片MAX16804(12)引脚2、3、19接入12V电压，同时引脚2、3、19接电容C2(19)、C3(18)接地。电压调节芯片MAX16804(12)引脚4、9、11、18悬空，引脚5、6、7、8、10、16接地，引脚12接一个电容C1(21)接地。
  图3示出接收器光频转换电路（6）：光频转换芯片1（38）的1引脚接地，2引脚接一个电容（35）接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH1信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片2（39）的1引脚接地,2引脚接一个电容（36）接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH2信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片3(40)的1引脚接地,2引脚接一个电容（37）接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH3信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片4（34）的1引脚接地,2引脚接一个电容（31)接地,同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH4信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片5（33）的1引脚接地,2引脚接一个电容（32）接地，同时该引脚接3.3V电压,引脚3接TIM_CH1信号传至中央处理电路（5）。
  图4示出电源电路（4）：24V电压分别接电容(44)、(41)接地，同时该电压接开关电压调节器1引脚1，引脚5、3接地，引脚2接一个稳压二极管（42）负极，稳压二极管（42）正极接地，同时引脚2接一个电感线圈（45）输出12V电压，该电压接一个电容（46）接地，电压接一个开关电压调节器1的4引脚接12V电压；12V电压分别接电容(47)、(48)接地，同时该电压接开关电压调节器2引脚1，引脚5、3接地，引脚2接一个稳压二极管（51）负极，该稳压二极管（51）正极接地，同时引脚2接一个电感线圈（50）输出3.3V电压，该电压接电容（53）、（52）接地，电压接一个开关电压调节器2的4引脚接3.3V电压。 
  图5示出CAN通信电路（8）：CAN收发器芯片VP230(55)引脚1接CTXD信号接入中央处理电路（5）；引脚4接CRXD信号接入中央处理电路（5），引脚2接地，引脚3接3.3V电压，同时该引脚接一个电容（54）接地，引脚5悬空，引脚6接CANL信号，引脚7接CANH信号，同时引脚6、7之间接入一个电阻（56），引脚8接一个电阻（57）接地。 

Claims (5)

1.一种棉花流量传感器，包括发射器电路（1）和接收器电路（2），其特征在于：所述发射器电路（1）由一个电源电路（4）连接一个LED驱动电路（3）构成；所述接收器电路（2）由一个中央处理电路（5）连接一个光频转换电路（6）、一个串口电路（7）和一个CAN通信电路（8）构成；电源电路（4）还连接LED驱动电路（3）、中央处理电路（5）、光频转换电路（6）、串口电路（7）、CAN通信电路（8）；LED驱动电路（3）连接光频转换电路（6）。
2.根据权利要求1所述的棉花流量传感器，其特征在于：所述LED驱动电路（3）：中央处理电路（5）发出PWM信号至发射器电路，该信号连接一个电阻R4（24）接至3.3V电压，同时该信号接入一个光电隔离芯片（22）2引脚，该光电隔离芯片（22）1引脚接一个电阻R2(23)接入3.3V电压，4引脚接地，3引脚接一个电阻R3(20)接入12V电压，同时该引脚连接一个电压调节芯片MAX16804(12)17引脚，电压调节芯片MAX16804(12)的1引脚连接20引脚接入发光二极管D5（17）正极，发光二极管D5（17）负极连接发光二极管D4(16)正极，发光二极管D4(16)负极连接发光二极管D3(15)正极，发光二极管D3(15）负极连接发光二极管D2(14)正极，发光二极管D2(14)负极连接发光二极管D1(13)正极，发光二极管D1(13)负极接入电压调节芯片MAX16804(12)13引脚，同时该引脚连接一个电阻R1(11)接地，电压调节芯片MAX16804(12)引脚2、3、19接入12V电压，同时引脚2、3、19接电容一个C2(19)、C3(18)接地，电压调节芯片MAX16804(12)引脚4、9、11、18悬空，引脚5、6、7、8、10、16接地，引脚12接电容一个C1(21)接地。
3.根据权利要求1所述的棉花流量传感器，其特征在于：所述光频转换电路（6）：一个光频转换芯片1（38）的1引脚接地，2引脚接一个电容（35）接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH1信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片2（39）的1引脚接地,2引脚接一个电容（36）接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH2信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片3(40)的1引脚接地,2引脚接一个电容（37）接地，同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH3信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片4（34）的1引脚接地,2引脚接一个电容（31)接地,同时该引脚接3.3V电压，引脚3接TIM_CH4信号传至中央处理电路（5）；光频转换芯片5（33）的1引脚接地,2引脚接一个电容（32）接地，同时该引脚接3.3V电压,引脚3接TIM_CH1信号传至中央处理电路（5）。
4.根据权利要求1所述的棉花流量传感器，其特征在于：所述的电源电路（4）：24V电压分别接两个电容(44、41)接地，同时该电压接一个开关电压调节器1引脚1，引脚5、3接地，引脚2接一个稳压二极管（42）负极，稳压二极管（42）正极接地，同时引脚2接一个电感线圈（45）输出12V电压，该电压接一个电容（46）接地，电压接开关电压调节器1的4引脚接12V电压；12V电压分别接两个电容(47、48)接地，同时该电压接开关电压调节器2引脚1，引脚5、3接地，引脚2接一个稳压二极管（51）负极，稳压二极管（51）正极接地，同时引脚2接一个电感线圈（50）输出3.3V电压，该电压接两个电容（53、52）接地，电压接开关电压调节器2的4引脚接3.3V电压。
5.根据权利要求1所述的棉花流量传感器，其特征在于：所述的CAN通信电路（8）：一个CAN收发器芯片VP230(55)引脚1接CTXD信号接入中央处理电路（5）；引脚4接CRXD信号接入中央处理电路（5），引脚2接地，引脚3接3.3V电压，同时该引脚接一个电容（54）接地，引脚5悬空，引脚6接CANL信号，引脚7接CANH信号，同时引脚6、7之间接入一个电阻（56），引脚8接一个电阻（57）接地。
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