CN105149240A - 一种叶菜类蔬菜自动分级系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种叶菜类蔬菜自动分级系统，包括：传送带，暗箱，安装在暗箱中的光源和光谱仪，与光谱仪连接的计算机，与计算机连接的驱动器a，与驱动器a连接的步进电机a，分离板，n个分级箱，n个步进电机b，n个驱动器b，n个步进电机c，n个驱动器c，n个单片机以及分别与n个单片机连接的n个显示屏；分离板的轴与步进电机a的旋转轴连接，用于随步进电机a的旋转轴转动而旋转，以使传送带上的叶菜类蔬菜通过分离板落入分级箱中；每个分级箱连接一个步进电机b和一个步进电机c，步进电机b连接驱动器b，步进电机c连接驱动器c，每个单片机连接一个驱动器b和一个驱动器c。本发明实现了对叶菜类蔬菜自动无损分级。

Description

一种叶菜类蔬菜自动分级系统

技术领域

本发明涉及农产品自动分级技术领域，具体涉及一种叶菜类蔬菜自动分级系统。

背景技术

随着机器视觉技术、光谱技术和传感器技术的发展，以及机械机构的应用，使得快速无损自动对农产品进行分级的技术得到了发展。

何建光等利用基于机器视觉技术实现了对红枣的无损分级，可以对枣果的大小，颜色以及形状等综合指标进行识别分析。

张发军等利用颜色传感器技术设计了一种水果自动分级装置，水果在筛选桶中进行大小筛选后，利用不同的颜色传感器实现了对球形以及椭圆形水果的大小及果品表面的分级，克服了传统的人工分级的不足。

冯雷等利用步进电机以及光谱摄像机等机构设计了一种水果自动分级装置，利用分级模块与控制电机连接控制正反转，实现了装置对水果的自动分级，降低了人工误差，提高了分级效率。

叶菜类蔬菜因其菜叶表皮薄而容易破损的特点，在自动分级领域多采用人工分级的方式，该方式大大限制了分级效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的叶菜类蔬菜自动分级方式多采用人工分级的方式，该方式限制了分级效率。

为此目的，本发明提出一种叶菜类蔬菜自动分级系统，包括：

传送带5，放置在所述传送带5上的暗箱2，安装在所述暗箱2中的光源3和光谱仪1，与所述光谱仪1连接的计算机9，与所述计算机9连接的驱动器a10，与所述驱动器a10连接的步进电机a11，分离板6，n个分级箱7，n个步进电机b13，n个驱动器b12，n个步进电机c15，n个驱动器c14，n个单片机16以及分别与所述n个单片机16连接的n个显示屏18；其中，n为预设的分级个数；

所述分离板6的轴61与所述步进电机a11的旋转轴111连接，用于随所述步进电机a11的旋转轴111转动而旋转，以使所述传送带5上的叶菜类蔬菜通过所述分离板6落入所述分级箱7中；

每个所述分级箱7连接一个所述步进电机b13和一个所述步进电机c15，所述步进电机b13连接所述驱动器b12，所述步进电机c15连接所述驱动器c14，每个所述单片机16连接一个所述驱动器b12和一个所述驱动器c14。

可选的，所述计算机9内置有运动控制卡；

相应地，与所述计算机9连接的驱动器a10，包括：与所述计算机9中的运动控制卡连接的驱动器a10。

可选的，所述分离板6旋转的角度共有n个预设角度，对应所述n个分级箱7。

可选的，所述分离板6的轴61与所述步进电机a11的旋转轴111同轴连接。

可选的，所述光谱仪1的光纤探头，用于接收所述光源3发射的光在叶菜类蔬菜样品表面形成的漫反射光，所述漫反射光经由光纤传至所述计算机9。

可选的，所述系统还包括：n个凹形槽29，相应地，每个所述分级箱7与所述称重传感器30安装在一个所述凹形槽29内。

可选的，所述凹形槽29由第一端、第二端以及连接所述第一端和第二端的底座构成，所述第一端、第二端和底座一体成型，所述第一端的高度低于第二端的高度；所述步进电机c15内嵌在所述第一端，所述步进电机b13内嵌在所述第二端。

可选的，所述系统还包括：n个半圆形挡板19和n个方形隔板35；每个所述方形隔板35设置有中间轴；

每个所述步进电机c15的旋转轴连接一个所述半圆形挡板19，每个所述步进电机b13的旋转轴连接一个所述方型隔板35的中间轴。

可选的，所述系统还包括：n个称重传感器30，每个所述称重传感器30安装在一个所述分级箱7的底面；

相应地，每个所述单片机16连接一个所述称重传感器30，所述称重传感器30采集的模拟信号通过放大电路进入所述单片机16，所述单片机16用于对经过放大电路的模拟信号进行模数转换。

可选的，所述系统还包括：n个导向板37，每个所述导向板37设置在一个所述分级箱7中且与所述分级箱7的底面成预设角度，用于将所述分级箱7中的叶菜类蔬菜导出。

相比于现有技术，本发明的叶菜类蔬菜自动分级系统结合光谱仪、单片机、传感器以及步进电机等机械结构实现对叶菜类蔬菜的自动无损分级，拓展了无损分级技术在农产品领域的应用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种叶菜类蔬菜自动分级系统结构图；

图2为本发明实施例提供的一种分离板6和步进电机a11的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种凹形槽29的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种方形隔板35的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种分级箱7与方形隔板35、步进电机b13的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的一种凹形槽29与分级箱7、导向板37、称重传感器30、步进电机b13、半圆形挡板19和步进电机c15的连接主视图；

图7为本发明实施例提供的一种凹形槽29与分级箱7、导向板37、称重传感器30、步进电机b13、半圆形挡板19和步进电机c15的连接侧视图；

图8为本发明实施例提供的一种传感器信号模数转换模块电路结构图；

图9为本发明实施例提供的一种单片机16与显示屏18连接图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开一种叶菜类蔬菜自动分级系统，所述系统包括：

传送带5，放置在所述传送带5上的暗箱2，安装在所述暗箱2中的光源3和光谱仪1，与所述光谱仪1连接的计算机9，与所述计算机9连接的驱动器a10，与所述驱动器a10连接的步进电机a11，表面光滑的分离板6，n个分级箱7，n个步进电机b13，n个驱动器b12，n个步进电机c15，n个驱动器c14，n个单片机16以及分别与所述n个单片机16连接的n个显示屏18；其中，n为预设的分级个数；

所述分离板6的轴61与所述步进电机a11的旋转轴111连接，用于随所述步进电机a11的旋转轴111转动而旋转，以使所述传送带5上的叶菜类蔬菜通过所述分离板6落入所述分级箱7中；

每个所述分级箱7连接一个所述步进电机b13和一个所述步进电机c15，所述步进电机b13连接所述驱动器b12，所述步进电机c15连接所述驱动器c14，每个所述单片机16连接一个所述驱动器b12和一个所述驱动器c14。

在一个具体的例子中，所述计算机9内置有运动控制卡，用于控制驱动器a10，并由驱动器a10驱动步进电机a11带动分离板6旋转；

相应地，与所述计算机9连接的驱动器a10，包括：与所述计算机9中的运动控制卡连接的驱动器a10。

在一个具体的例子中，所述分离板6旋转的角度共有n个预设角度，对应所述n个分级箱7，例如图1中示出2个分级箱7，则分离板6旋转的角度共有2个预设角度，记为第一预设角度和第二预设角度，且第一和第二仅用来区分不同的预设角度，不代表这两个预设角度的顺序、关系或大小，其中，第一预设角度对应一个分级箱7，第二预设角度对应另一个分级箱7。对分级箱7的个数大于2的情况，可采用类似的方式设置分离板6旋转的角度个数。

在一个具体的例子中，如图2所示，所述分离板6的轴61与所述步进电机a11的旋转轴111同轴连接，具体地，同轴连接为同轴啮合连接，则所述步进电机a11的旋转轴111转动的角度等于所述分离板6旋转的角度。

在一个具体的例子中，所述光谱仪1的光纤探头，用于接收所述光源3发射的光在叶菜类蔬菜样品表面形成的漫反射光，所述漫反射光经由光纤传至所述计算机9。

在一个具体的例子中，上述叶菜类蔬菜自动分级系统还包括：n个凹形槽29，相应地，每个所述分级箱7与所述称重传感器30安装在一个所述凹形槽29内。

在一个具体的例子中，如图3所示，所述凹形槽29由第一端、第二端以及连接所述第一端和第二端的底座构成，所述第一端、第二端和底座一体成型，所述第一端的高度低于第二端的高度；所述步进电机c15内嵌在所述第一端，所述步进电机b13内嵌在所述第二端。

在一个具体的例子中，上述叶菜类蔬菜自动分级系统还包括：n个半圆形挡板19和n个方形隔板35；每个所述方形隔板35设置有中间轴351，方形隔板35如图4所示；

每个所述步进电机c15的旋转轴连接一个所述半圆形挡板19，每个所述步进电机b13的旋转轴连接一个所述方型隔板35的中间轴351。

在一个具体的例子中，如图5所示，分级箱7设置有两个圆孔，方形隔板35的中间轴351的一端从分级箱7的一个圆孔伸出，与所述步进电机b13的旋转轴连接，方形隔板35的中间轴351的另一端从分级箱7的另一个圆孔伸出，当步进电机b13的旋转轴转动时，方形隔板35相应地在分级箱7中旋转。在图5中方形隔板35的初始位置为竖直方向，当随着步进电机b13的旋转轴转动90度时，将分级箱7的入口封闭。

在一个具体的例子中，上述叶菜类蔬菜自动分级系统还包括：n个称重传感器30，每个所述称重传感器30安装在一个所述分级箱7的底面；

相应地，每个所述单片机16连接一个所述称重传感器30，所述称重传感器30采集的模拟信号通过放大电路进入所述单片机16，所述单片机16用于对经过放大电路的模拟信号进行模数转换。

在一个具体的例子中，上述叶菜类蔬菜自动分级系统还包括：n个导向板37，每个所述导向板37设置在一个所述分级箱7中且与所述分级箱7的底面成预设角度，用于将所述分级箱7中的叶菜类蔬菜导出。图6、7示出了上述叶菜类蔬菜自动分级系统中的凹形槽29与分级箱7、导向板37、称重传感器30、步进电机b13、半圆形挡板19和步进电机c15之间连接关系，图6和7中的阴影部分表示被遮挡。

举例来说，上述实施例中的叶菜类蔬菜自动分级系统的工作流程如下：

利用光谱仪1检测的样本(叶菜类蔬菜)的某些营养元素的含量的多少可以将样本分为几个等级，在某个区间的元素含量判定为某个等级，利用计算机9通过编程运动控制卡控制驱动器a10进而控制步进电机a11将分离板6旋转一定角度，使得样本导入对应的等级分级箱7内，若是元素含量发生了变化，判定为另一等级，则步进电机a11旋转另一角度将分离板6旋转另一角度，使得样本导入另一等级的分机箱7内，随着样本不断的落入分级箱7内，称重传感器30采集的模拟信号通过放大电路进入单片机16，单片机16对经过放大电路的模拟信号进行模数转换，当分机箱7内的重量达到一定质量时，称重传感器30传到单片机的信号达到设定值，单片机发送驱动信号，驱动步进电机b13和步进电机c15分别旋转一定角度，对于步进电机c15，驱动半圆形挡板19旋转90°，打开分级箱7底部的出口，样本此时沿着与底面呈一定角度的光滑导向板37滑出分机箱7，对于步进电机b13，驱动对称方形隔板35旋转90°挡住样本继续向下掉落(对称方形隔板35原始位置停留在与分级箱7侧壁平行的方向)，直到一定质量的样本全部滑出分机箱，步进电机c15驱动半圆形挡板19回到原位，与此同时步进电机b13驱动对称方形隔板35回到原位。

具体地，随着传送带5传输的样本(叶菜类蔬菜)传输至暗箱2，在光源3的照射下，漫反射光强由光谱仪1将光谱数据传输至计算机9进行分析，分析结果后进行判断，当所检测的样本的营养元素的含量达到某一量时，调用运动控制卡函数设定脉冲数目，通过驱动器a10控制步进电机a11旋转一定角度，来控制光滑的分离板6旋转到某一角度(与水平方向)，该角度可使被检测的样本顺着光滑的分离板6滑向对应等级的分级箱7内，随着分级箱7内的样本的不断增加，每个分级箱7底部的称重传感器30不断将信号传输至单片机16，当样本质量达到某一值时候，单片机16驱动步进电机b13和步进电机c15运动，其中步进电机b13控制分级箱7内的对称方形隔板35旋转90°挡住样本的继续下落，步进电机c15控制分级箱7侧面的底部的出口的半圆形挡板19旋转90°打开出口，将已经达到一定重量的样本顺着分级箱7内的导向板37滑出分级箱7，当重量减小到一定范围时候单片机16再驱动步进电机b13和步进电机c15回复到原位。称重传感器30的输出信号为毫安级别的信号，经由放大电路后传输至单片机16，进行处理，结果在显示屏18上显示，随着样本不断落入分级箱7内，显示屏18上的质量数据不断发生变化。

以采集菠菜叶维生素含量分4个等级为例，本实施例中为四个长方体形状的分级箱7，每个分级箱7的底面安装称重传感器30(量程0-5KG)，每个分级箱7与称重传感器30为一体放置于一个凹形槽29内，凹形槽29的第一端内嵌步进电机c15，第二端内嵌步进电机b13，步进电机b13连接驱动器b12，步进电机c15连接驱动器c14，单片机16控制驱动器b12和驱动器c14。

单片机16的输入来源为称重传感器30采集的模拟信号(该模拟信号经由放大电路放大后输入单片机16)。当一菠菜叶的维生素含量测量后根据含量大小分为四个不同等级，当计算机9测量的某一菠菜叶的维生素含量为第1个等级的含量时，计算机9调用运动控制卡驱动步进电机a11使分离板6旋转到第1个等级的角度，分离板6的一端与第1个等级分级箱7入口相对应。如果不是第1个等级，计算机9判断是不是其他几个等级，并驱动步进电机a11使分离6板旋转相应等级的角度，而且每次测量之前都要判断当前的分离板6与水平面的角度，本实施例中分离板6的初始位置是水平面，不同的初始位置对应的分离板6所要旋转的角度不一样，而四个分级箱7的位置是固定不变的。

对于分级后的称重，为了能够每次都称量一定质量的菠菜，可以在显示屏18上实时显示测量的质量数据，并能够在分级之前设定每次要分的质量大小(以1kg为例)，随着分级箱7内的菠菜质量不断增加，达到1kg时候，步进电机b13和步进电机c15开始运动，分别驱动方形对称隔板35和半圆形挡板19旋转90°，半圆形挡板19作用是打开分级箱7出口便于菠菜从分级箱7内导出(顺着分级箱7内的导向板37)，方形对称隔板35旋转90°后其隔板平面与水平面水平(方形对称隔板35的隔板平面初始位置是竖直的)，作用是当分级箱7下端出口打开时，方形对称隔板35可暂时控制菠菜继续往下落。当菠菜完全从分级箱7内导出后，单片机16控制步进电机b13和步进电机c15将半圆形挡板19与方形对称隔板35回复原位。

如图8所示传感器信号模数转换模块电路，以AD7705转换芯片为核心，AD7705芯片外接外部晶振Y1，大小为4.9152M，稳压器U2为转换芯片AD7705提供正负参考电压，由于称重传感器30的输出信号为mA级别，放大器U1用于对采集的称重传感器30信号进行放大，放大倍数由R1决定，在实际应用中可以根据电阻大小调节放大倍数，其信号流向为：P1采集的传感器信号流经放大器U1，放大后的模拟信号经输入端口AIN+与AIN-传至AD7705芯片，在微控制器P89C52X2FN程序控制下进行模数转换。

如图9所示单片机16与显示屏18的连接图，单片机16以单片机P89C52X2FN为控制芯片，A1，A2，A3，A4，A5，A6端口用于控制AD7705模数转换模块进行对称重传感器30信号P1进行模数转换，并利用模数转换输出端口A5将转换值传递到单片机P89C52X2FN，P89C52X2FN控制芯片晶振由Y2提供，大小为11M，同时单片机通过端口P0.0，P0.1，P0.2，P0.3控制驱动器b12进而控制步进电机b13，所用步进电机b13为永磁式两相步进电机，端口P0.4，P0.5，P0.6，P0.7控制驱动器c14进而控制步进电机c15，所用步进电机c15也为永磁式两相步进电机。显示屏18使用LCD12864作为称重传感器重量的显示，其数据输入端口为P2口，可以实时显示当前称重的数值以及设定的称重质量数值。

其信号流向为：模数转换模块AD7705将传感器信号传输至单片机，在单片机16内部进行处理后，判断是否满足预先设定的称重质量，并在显示屏上进行显示，当采集的重量值与设定上限值一样时，单片机对驱动器b12和驱动器c14发出控制信号进而控制步进电机b13和步进电机c15运动即半圆形挡板19打开，方形隔板35从与分机箱侧面平行转到垂直位置，用来挡住菜叶继续下落。如果分机箱7内蔬菜质量小于设定的下限值，同样单片机16发出命令控制驱动器b12和驱动器c14进而控制步进电机b13和步进电机c15运动，将分机箱7恢复到原始状态，半圆形挡板19关闭，方形隔板35仍旧保持与侧面平行，菜叶下落。程序中可以对称量的上限和下限进行设定，以达到定量测定叶菜质量的要求。

上述实施例中的叶菜类蔬菜自动分级系统将光谱，机械与电气自动化相结合，该发明能够将叶菜类的农产品进行自动分级，并称重打包，为了菜叶类自动分级提供了新的方法和思路，也便于对农产品的营养元素的不同含量进行分级包装，节约了人力，有广阔的应用前景。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种叶菜类蔬菜自动分级系统，其特征在于，包括：

传送带(5)，放置在所述传送带(5)上的暗箱(2)，安装在所述暗箱(2)中的光源(3)和光谱仪(1)，与所述光谱仪(1)连接的计算机(9)，与所述计算机(9)连接的驱动器a(10)，与所述驱动器a(10)连接的步进电机a(11)，分离板(6)，n个分级箱(7)，n个步进电机b(13)，n个驱动器b(12)，n个步进电机c(15)，n个驱动器c(14)，n个单片机(16)以及分别与所述n个单片机(16)连接的n个显示屏(18)；其中，n为预设的分级个数；

所述分离板(6)的轴(61)与所述步进电机a(11)的旋转轴(111)连接，用于随所述步进电机a(11)的旋转轴(111)转动而旋转，以使所述传送带(5)上的叶菜类蔬菜通过所述分离板(6)落入所述分级箱(7)中；

每个所述分级箱(7)连接一个所述步进电机b(13)和一个所述步进电机c(15)，所述步进电机b(13)连接所述驱动器b(12)，所述步进电机c(15)连接所述驱动器c(14)，每个所述单片机(16)连接一个所述驱动器b(12)和一个所述驱动器c(14)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机(9)内置有运动控制卡；

相应地，与所述计算机(9)连接的驱动器a(10)，包括：与所述计算机(9)中的运动控制卡连接的驱动器a(10)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分离板(6)旋转的角度共有n个预设角度，对应所述n个分级箱(7)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分离板(6)的轴(61)与所述步进电机a(11)的旋转轴(111)同轴连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱仪(1)的光纤探头，用于接收所述光源(3)发射的光在叶菜类蔬菜样品表面形成的漫反射光，所述漫反射光经由光纤传至所述计算机(9)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：n个凹形槽(29)，相应地，每个所述分级箱(7)与所述称重传感器(30)安装在一个所述凹形槽(29)内。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述凹形槽(29)由第一端、第二端以及连接所述第一端和第二端的底座构成，所述第一端、第二端和底座一体成型，所述第一端的高度低于第二端的高度；所述步进电机c(15)内嵌在所述第一端，所述步进电机b(13)内嵌在所述第二端。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：n个半圆形挡板(19)和n个方形隔板(35)；每个所述方形隔板(35)设置有中间轴；

每个所述步进电机c(15)的旋转轴连接一个所述半圆形挡板(19)，每个所述步进电机b(13)的旋转轴连接一个所述方型隔板(35)的中间轴。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：n个称重传感器(30)，每个所述称重传感器(30)安装在一个所述分级箱(7)的底面；

相应地，每个所述单片机(16)连接一个所述称重传感器(30)，所述称重传感器(30)采集的模拟信号通过放大电路进入所述单片机(16)，所述单片机(16)用于对经过放大电路的模拟信号进行模数转换。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：n个导向板(37)，每个所述导向板(37)设置在一个所述分级箱(7)中且与所述分级箱(7)的底面成预设角度，用于将所述分级箱(7)中的叶菜类蔬菜导出。