CN106996914B - 一种籽棉品质检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种籽棉品质检测装置及其检测方法，籽棉品质检测装置包括有机壳，设置于机壳内的光电检测装置、柔光板和信号处理电路板，以及设置于机壳上的显示屏、控制按键和通信接口；机壳的底板为透光板，光电检测装置位于柔光板的正上方，信号处理电路板包括有集成电路板和设置于集成电路板上的微处理器及控制电路；光电检测装置包括有线路板、以及安装于线路板上的多个LED光源和多个颜色传感器；多个颜色传感器、显示屏、控制按键、通信接口均与微处理器连接。本发明通过对籽棉颜色的检测，判定籽棉的品质，为籽棉收购、籽棉加工过程中的合理配棉提供技术支持。

Description

一种籽棉品质检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及棉花生产领域，具体是一种籽棉品质检测装置及其检测方法。

背景技术

棉花的质量主要是通过棉花颜色的检测来确定。我国对皮棉颜色检测采用的是HVI检测仪器。事实上，皮棉品质的高低，很大程度上取决于籽棉的品质，只有优质的籽棉才有可能加工出优质的皮棉。

目前我国对籽棉品质的检验尚无完整的检验方法，特别是对籽棉颜色检验缺乏仪器设备，只能依靠人工进行检验。这对于棉花加工自动化喂棉、配棉等先进的生产方式的发展，目前是个空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种籽棉品质检测装置及其检测方法，通过对籽棉颜色的检测，判定籽棉的品质，为籽棉收购、籽棉加工过程中的合理配棉提供技术支持。

本发明的技术方案为：

一种籽棉品质检测装置，包括有机壳，设置于机壳内且朝向机壳内底板的光电检测装置和柔光板，设置于机壳内且与光电检测装置连接的信号处理电路板，以及设置于机壳上的显示屏、控制按键和通信接口；所述的机壳的底板为透光板，所述的光电检测装置位于柔光板的正上方，所述的信号处理电路板包括有集成电路板和设置于集成电路板上的微处理器及控制电路；所述的光电检测装置包括有线路板、以及安装于线路板上的多个LED光源和多个颜色传感器，且所述的多个LED光源和多个颜色传感器间隔均匀分布；所述的多个颜色传感器、显示屏、控制按键、通信接口均与所述的微处理器连接。

所述的线路板上安装有十二个条形LED面光源和四个颜色传感器，其中八个条形LED面光源组成正方形结构，另外四个条形LED面光源形成十字结构且位于正方形结构内部，十二个条形LED光源从而组成田字形结构，所述的四个颜色传感器位于田字形结构的四个方形框内，且每个颜色传感器的外围设置有管状的遮光罩。

所述的微处理器选用型号为MSP430F249的微处理器，所述的颜色传感器选用型号为TCS3200的RGB颜色传感器。

所述的机壳内壁上固定设置有供电电源装置，所述的供电电源装置选用锂电池装置或电源适配器，所述的供电电源装置分别与多个LED光源、多个颜色传感器、信号处理电路板连接进行供电。

所述的通信接口包括有型号为CP2102的USB通信模块和无线通信模块，所述的USB转串口芯片和无线通信模块分别与所述的微处理器连接。

所述的显示屏选用LCD液晶显示屏。

一种籽棉品质检测装置的检测方法，具体包括有以下步骤：

(1)、RGB颜色传感器的白平衡调节：首先RGB颜色传感器对着白板，微处理器控制RGB颜色传感器，依次选通RGB颜色传感器中的三颜色滤光器，在规定时间内测得三颜色滤光器的基准值，分别记为red_bace、green_bace、blue_bace；

(2)、RGB颜色传感器的颜色识别：RGB颜色传感器对着要识别的颜色，在微处理器的控制下，依次选通RGB颜色传感器中的三颜色滤光器，在规定时间内测得三颜色滤光器的检测值，分别记为red、green、blue，在24位RGB颜色值中，实际RGB的颜色值：红色R根据公式(1)得到，绿色G根据公式(2)得到，蓝色B根据公式(3)得到：

红色R＝255×red/red_bace (1)；

绿色G＝255×green/green_bace (2)；

蓝色B＝255×blue/blue_bace (3)；

(3)、微处理器对RGB颜色传感器的颜色坐标进行转换：

根据色度学理论，XYZ系统中的光谱三刺激值X、Y、Z通过公式(4)得到：

亨特系统中的反射率Rd、红色深度a、黄色深度+b由公式(5)得到：

其中，f_y为由Y计算得到的中间转换值；在棉花颜色测量时，由于a近似一常数，无须测量，即三刺激值中的X无须测量，所以，只要测量籽棉的Y、Z两刺激值便行了，由此将公式(5)简化为公式(6)的形式，由测得的Y、Z两刺激值得出待测籽棉反射率Rd和黄色深度+b：

(4)、棉花颜色测量前，采用五块不同颜色的标准色板对籽棉品质检测装置计算得到的反射率Rd和黄色深度+b进行校准，每块标准色板都有标定的反射率Rd’和黄色深度+b’，根据标定的反射率Rd’和黄色深度+b’对籽棉品质检测装置检测到的反射率Rd和黄色深度+b进行对比，然后根据两者的差值进行数据处理，对籽棉品质检测装置进行校准；

(5)、籽棉品质检测装置的RGB颜色传感器对已知等级的籽棉进行检测，得到对应的R、G、B三值，然后微处理器根据公式(4)和(6)计算得到对应的反射率Rd和黄色深度+b，建立籽棉颜色分级数据库；

(6)、籽棉品质检测装置的多个RGB颜色传感器对待测籽棉进行检测，然后将采集的多个R、G、B颜色值发送给微处理器，微处理器根据公式(4)和(6)计算得到多组反射率Rd和黄色深度+b值，当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值，经数字滤波数据处理后，与籽棉颜色分级数据库内各等级籽棉的数据进行比对，从而得出籽棉的等级；当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值经数字滤波数据处理后，无法与籽棉颜色分级数据库中的数据对应，则等级判定失败，提示重新测量，直至得出籽棉的等级。

当所述的步骤(6)中微处理器根据公式(4)和(6)计算得到反射率Rd和黄色深度+b值不在籽棉颜色分级数据库中，则将此反射率Rd和黄色深度+b值与籽棉颜色分级数据库中已知的反射率Rd和黄色深度+b值进行对比划分新的等级，然后将新划分的等级数据传输到微处理器中的籽棉颜色分级数据库中即可。

所述的五块不同颜色的标准色板分别为白色、棕色、黄色、灰色和中心色。

本发明的优点：

本发明通过多个颜色传感器检测籽棉的颜色参数，微处理器参照籽棉色征图及籽棉的颜色特性，根据籽棉的颜色参数判断出籽棉的品级，并于显示屏上显示检测结果，整个检测过程快速且准确；本发明通过通信接口将检测结果发送给上位机或是通过通信接口将微处理器与上位机连接实现上位控制，实现数据传输和上位通信控制；本发明的LED光源和颜色传感器的位置设计合理，保证了LED光源发射后反射的光线被颜色传感器充分检测吸收，且颜色传感器外设置有遮光罩，避免LED光源发射的光线被颜色传感器检测吸收，影响检测结果；本发明采用型号为TCS320的颜色传感器，该传感器在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是具有数字接口的RGB彩色传感器，且为了均匀测量籽棉的颜色，采用了4只RGB彩色传感器，同时对籽棉进行测量，提高检测的准确性；为提高本检测装置测量的精度，本发明在检测装置校准过程中，采用了五块不同颜色的标准色板进行校准；本发明的供电电源装置选用锂电池装置或电源适配器，电源一路经稳压后输出一路3.3V电压供颜色传感器和信号处理电路板工作，电源另一路经恒流电路后，驱动LED光源进行工作，满足不同的工作条件；本发明的检测方法对已知等级的籽棉进行颜色检测计算从而建立籽棉颜色分级数据库，然后对待检测的籽棉进行检测得到检测值，检测值与籽棉颜色分级数据库进行对比查找，从而确定籽棉的等级，检测快速且检测结果准确率高；本发明采用多个RGB颜色传感器进行同时检测采集数据，微处理器根据多组数据进行计算判定等级，进一步提高了棉籽等级判定的准确性。

附图说明

图1是本发明籽棉品质检测装置的结构示意图。

图2是本发明光电检测装置的仰视图。

图3是图2中A-A的剖视图。

图4是本发明微处理器及控制电路的电路图。

图5是本发明四个颜色传感器的电路图。

图6是本发明USB通信模块的电路图。

图7是本发明无线通信模块的电路图。

图8是本发明LCD显示屏的电路图。

图9是本发明控制按键的电路图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

见图1，一种籽棉品质检测装置，包括有机壳1，设置于机壳1内且朝向机壳1内底板的光电检测装置2和柔光板3，设置于机壳1内且与光电检测装置2连接的信号处理电路板4，固定设置于机壳内壁的供电电源装置5，以及设置于机壳1上的LCD液晶显示屏6、控制按键7和通信接口8；机壳1的底板为透光板，光电检测装置2位于柔光板3的正上方，信号处理电路板4包括有集成电路板和设置于集成电路板上的微处理器及控制电路(见图4)；见图2和图3，光电检测装置2包括有线路板21，以及安装于线路板上的十二个条形LED面光源22、四个颜色传感器23和四个管状的遮光罩24；其中八个条形LED面光源22组成正方形结构，另外四个条形LED面光源22形成十字结构且位于正方形结构内部，十二个条形LED面光源22从而组成田字形结构，四个颜色传感器23位于田字形结构的四个方形框内，且每个颜色传感器23的外围设置有管状的遮光罩24；通信接口8包括有型号为CP2102的USB通信模块81(见图6)和无线通信模块82(见图7)；供电电源装置5选用锂电池装置或电源适配器，供电电源装置5分别与十二个条形LED面光源22、四个颜色传感器23、信号处理电路板4连接进行供电，电源一路经稳压后输出一路3.3V电压供颜色传感器23和信号处理电路板4工作，电源另一路经恒流电路后，驱动条形LED光源22进行工作；其中，微处理器选用型号为MSP430F249的微处理器U7(见图4)，四个颜色传感器23选用型号为TCS3200的RGB颜色传感器U1-U4，四个颜色传感器U1-U4、LCD液晶显示屏6(见图8)、控制按键7(见图9)、USB通信模块81和无线通信模块82均与微处理器U7连接。

见图4和图5，颜色传感器U1的引脚1、引脚2、引脚3、引脚6、引脚7、引脚8分别与微处理器U7的引脚16、引脚17、引脚20、引脚13、引脚18、引脚19一一对应连接，颜色传感器U2的引脚1、引脚2、引脚3、引脚6、引脚7、引脚8分别与微处理器U7的引脚22、引脚23、引脚26、引脚14、引脚24、引脚25一一对应连接，颜色传感器U3的引脚1、引脚2、引脚3、引脚6、引脚7、引脚8分别与微处理器U7的引脚27、引脚28、引脚31、引脚15、引脚29、引脚30一一对应连接，颜色传感器U4的引脚1、引脚2、引脚3、引脚6、引脚7、引脚8分别与微处理器U7的引脚39、引脚40、引脚43、引脚36、引脚41、引脚42一一对应连接。

见图4和图6，USB通信模块81的USB转串口芯片U6的引脚25与微处理器U7的引脚32连接，USB转串口芯片81(U6)的引脚26与微处理器U7的引脚33连接。

见图4和图7，无线通信模块82的芯片U5的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5与微处理器U7的引脚38、引脚37、引脚34、引脚35、引脚21一一对应连接。

见图4和图8，LCD液晶显示屏6的显示屏芯片J3的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5与微处理器U7的引脚59、引脚60、引脚61、引脚2、引脚3一一对应连接。

见图4和图9，控制按键7包括有按键S1、按键S2、按键S3和按键S4，按键S1、按键S2、按键S3和按键S4的一端均接地，按键S1、按键S2、按键S3和按键S4的另一端分别连接微处理器U7的引脚12、引脚4、引脚5、引脚6。

本发明的工作原理：

首先将籽棉置于本发明的正下方，按下控制按键7中的启动按钮，装置启动，条形LED面光源22发射出的光线通过柔光板3、机壳的底板均匀照射在被测籽棉上，光线经被测籽棉反射后，信号反射到颜色传感器23上，颜色传感器23检测籽棉的颜色参数然后传输给信号处理电路板4，信号处理电路板4上的微处理器参照籽棉色征图及籽棉的颜色特性，及籽棉的颜色特性，根据籽棉的颜色参数判断出籽棉的品级，并于LCD液晶显示屏6上显示检测结果。通信接口8将检测结果发送给上位机或是通过通信接口8将微处理器与上位机连接实现上位控制，实现数据传输和上位通信控制。

一种籽棉品质检测装置的检测方法，具体包括有以下步骤：

(1)、RGB颜色传感器的白平衡调节：首先RGB颜色传感器对着白板，微处理器控制RGB颜色传感器，依次选通RGB颜色传感器中的三颜色滤光器，在规定时间内测得三颜色滤光器的基准值，分别记为red_bace、green_bace、blue_bace；

(2)、RGB颜色传感器的颜色识别：RGB颜色传感器对着要识别的颜色，在微处理器的控制下，依次选通RGB颜色传感器中的三颜色滤光器，在规定时间内测得三颜色滤光器的检测值，分别记为red、green、blue，在24位RGB颜色值中，实际RGB的颜色值：红色R根据公式(1)得到，绿色G根据公式(2)得到，蓝色B根据公式(3)得到：

红色R＝255×red/red_bace (1)；

绿色G＝255×green/green_bace (2)；

蓝色B＝255×blue/blue_bace (3)；

(3)、微处理器对RGB颜色传感器的颜色坐标进行转换：

根据色度学理论，XYZ系统中的光谱三刺激值X、Y、Z通过公式(4)得到：

亨特系统中的反射率Rd、红色深度a、黄色深度+b由公式(5)得到：

其中，f_y为由Y计算得到的中间转换值；在棉花颜色测量时，由于a近似一常数，无须测量，即三刺激值中的X无须测量，所以，只要测量籽棉的Y、Z两刺激值便行了，由此将公式(5)简化为公式(6)的形式，由测得的Y、Z两刺激值得出待测籽棉反射率Rd和黄色深度+b：

(4)、棉花颜色测量前，采用五块不同颜色的标准色板(白色、棕色、黄色、灰色和中心色)对籽棉品质检测装置计算得到的反射率Rd和黄色深度+b进行校准，每块标准色板都有标定的反射率Rd’和黄色深度+b’，根据标定的反射率Rd’和黄色深度+b’对籽棉品质检测装置检测到的反射率Rd和黄色深度+b进行对比，然后根据两者的差值对籽棉品质检测装置进行校准；

(5)、籽棉品质检测装置的RGB颜色传感器对已知等级的籽棉进行检测，得到对应的R、G、B三值，然后微处理器根据公式(4)和(6)计算得到对应的反射率Rd和黄色深度+b，并建立籽棉颜色分级数据库；

(6)、籽棉品质检测装置的多个RGB颜色传感器对待测籽棉进行检测，然后将采集的多个R、G、B颜色值发送给微处理器，微处理器根据公式(4)和(6)计算得到多组反射率Rd和黄色深度+b值，当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值，经数字滤波数据处理后，与籽棉颜色分级数据库内各等级籽棉的数据进行比对，从而得出籽棉的等级；当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值经数字滤波数据处理后，无法与籽棉颜色分级数据库中的数据对应，则等级判定失败，提示重新测量；当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值经数字滤波数据处理后不在籽棉颜色分级数据库中，则将此反射率Rd和黄色深度+b值与籽棉颜色分级数据库中已知的反射率Rd和黄色深度+b值进行对比划分新的等级，然后将新划分的等级数据传输到微处理器中的籽棉颜色分级数据库中即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种籽棉品质检测装置，其特征在于：包括有机壳，设置于机壳内且朝向机壳内底板的光电检测装置和柔光板，设置于机壳内且与光电检测装置连接的信号处理电路板，以及设置于机壳上的显示屏、控制按键和通信接口；所述的机壳的底板为透光板，所述的光电检测装置位于柔光板的正上方，所述的信号处理电路板包括有集成电路板和设置于集成电路板上的微处理器及控制电路；所述的光电检测装置包括有线路板、以及安装于线路板上的十二个条形LED光源和四个颜色传感器，其中八个条形LED面光源组成正方形结构，另外四个条形LED面光源形成十字结构且位于正方形结构内部，十二个条形LED光源从而组成田字形结构，所述的四个颜色传感器位于田字形结构的四个方形框内，且每个颜色传感器的外围设置有管状的遮光罩；所述的多个颜色传感器、显示屏、控制按键、通信接口均与所述的微处理器连接；所述的微处理器选用型号为MSP430F249的微处理器，所述的颜色传感器选用型号为TCS3200的RGB颜色传感器。

2.根据权利要求1所述的一种籽棉品质检测装置，其特征在于：所述的机壳内壁上固定设置有供电电源装置，所述的供电电源装置选用锂电池装置或电源适配器，所述的供电电源装置分别与多个LED光源、多个颜色传感器、信号处理电路板连接进行供电。

3.根据权利要求1所述的一种籽棉品质检测装置，其特征在于：所述的通信接口包括有型号为CP2102的USB通信模块和无线通信模块，所述的USB通信模块的USB转串口芯片和无线通信模块分别与所述的微处理器连接。

4.根据权利要求1所述的一种籽棉品质检测装置，其特征在于：所述的显示屏选用LCD液晶显示屏。

5.根据权利要求1所述的一种籽棉品质检测装置的检测方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、RGB颜色传感器的白平衡调节：首先RGB颜色传感器对着白板，微处理器控制RGB颜色传感器，依次选通RGB颜色传感器中的三颜色滤光器，在规定时间内测得三颜色滤光器的基准值，分别记为red_bace、green_bace、blue_bace；

(2)、RGB颜色传感器的颜色识别：RGB颜色传感器对着要识别的颜色，在微处理器的控制下，依次选通RGB颜色传感器中的三颜色滤光器，在规定时间内测得三颜色滤光器的检测值，分别记为red、green、blue，在24位RGB颜色值中，实际RGB的颜色值：红色R根据公式(1)得到，绿色G根据公式(2)得到，蓝色B根据公式(3)得到：

红色 R ＝ 255×red / red_bace (1)；

绿色 G ＝ 255×green /green_bace (2)；

蓝色 B ＝ 255×blue /blue_bace (3)；

(3)、微处理器对RGB颜色传感器的颜色坐标进行转换：

根据色度学理论，XYZ系统中的光谱三刺激值X、Y、Z通过公式(4)得到：

亨特系统中的反射率Rd、红色深度a、黄色深度+b由公式(5)得到：

其中，f_y为由Y计算得到的中间转换值；在棉花颜色测量时，由于a近似一常数，无须测量，即三刺激值中的X无须测量，所以，只要测量籽棉的Y、Z两刺激值便行了，由此将公式(5)简化为公式(6)的形式，由测得的Y、Z两刺激值得出待测籽棉反射率Rd和黄色深度+b：

(4)、棉花颜色测量前，采用五块不同颜色的标准色板对籽棉品质检测装置计算得到的反射率Rd和黄色深度+b进行校准，每块标准色板都有标定的反射率Rd’和黄色深度+b’，根据标定的反射率Rd’和黄色深度+b’对籽棉品质检测装置检测到的反射率Rd和黄色深度+b进行对比，然后根据两者的差值进行数据处理，对籽棉品质检测装置进行校准；

(5)、籽棉品质检测装置的RGB颜色传感器对已知等级的籽棉进行检测，得到对应的R、G、B三值，然后微处理器根据公式(4)和(6)计算得到对应的反射率Rd和黄色深度+b，建立籽棉颜色分级数据库；

(6)、籽棉品质检测装置的多个RGB颜色传感器对待测籽棉进行检测，然后将采集的多个R、G、B颜色值发送给微处理器，微处理器根据公式(4)和(6)计算得到多组反射率Rd和黄色深度+b值，当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值，经数字滤波数据处理后，与籽棉颜色分级数据库内各等级籽棉的数据进行比对，从而得出籽棉的等级；当得到的多组反射率Rd和黄色深度+b值经数字滤波数据处理后，无法与籽棉颜色分级数据库中的数据对应，则等级判定失败，提示重新测量，直至得出籽棉的等级。

6.根据权利要求5所述的一种籽棉品质检测装置的检测方法，其特征在于：当所述的步骤(6)中微处理器根据公式(4)和(6)计算得到反射率Rd和黄色深度+b值不在籽棉颜色分级数据库中，则将此反射率Rd和黄色深度+b值与籽棉颜色分级数据库中已知的反射率Rd和黄色深度+b值进行对比划分新的等级，然后将新划分的等级数据传输到微处理器中的籽棉颜色分级数据库中即可。

7.根据权利要求5所述的一种籽棉品质检测装置的检测方法，其特征在于：所述的五块不同颜色的标准色板分别为白色、棕色、黄色、灰色和中心色。