CN107138398B - 基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，包括下料斗(1)，该下料斗(1)安装在振动筛筛板(2)的一端上方，振动筛筛板(2)的另一端的溯源颗粒出料区的出口端设置在传送带(11)的一端，传送带(11)的正上方设有二维条码扫描仪(7)，二维条码扫描仪(7)通过数据线与上位机(21)相连接且二维条码扫描仪(7)的前方两侧设有对射传感器(9)，对射传感器(9)通过线路依次与中心控制盒(14)、二维条码扫描仪(7)相连接并通过中心控制盒(14)控制二维条码扫描仪(7)的启停，传送带(11)的另一端设有溯源颗粒读取成功收集盒(12)。本发明能够追溯查询产地到加工的信息，保障我国粮食安全。

Description

基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置

技术领域

本发明涉及谷物食品安全、二维条码技术、溯源颗粒选材及制造技术、振动筛技术、传感器技术、自动控制技术领域，具体地说是一种基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置。

背景技术

我国是粮食生产和消费大国，粮食食品安全问题至关重要。在粮食生产中，从田间到餐桌中间要经历多道程序。涉及生产、加工、运输、仓储及销售等多个环节，而其中任何一环节出现问题，都会出现食品安全问题，影响人的健康。然而，粮食颗粒作为小的独立的个体，在粮食收获阶段，需要对来自多个产地的粮食颗粒进行进行混合、仓储、加工及分销，一旦出现粮食食品安全问题，无法追溯到这批混合后的粮食精确产地源头。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，该装置设计了一种既能追溯产地源头又能对粮食加工运输等各个环节生产环境等信息进行追溯查询的装置，保证粮食产生各环节的透明性，对保障我国粮食食品安全，稳定国民经济和社会秩序有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，包括下料斗，其特征在于：所述的下料斗安装在振动筛筛板的一端上方，振动筛筛板的另一端设有倾斜设置的溯源颗粒出料区，且溯源颗粒出料区的出口端设置在传送带的一端，传送带的正上方设有二维条码扫描仪，二维条码扫描仪通过数据线与上位机相连接且二维条码扫描仪的前方两侧设有对射传感器，对射传感器通过线路依次与中心控制盒、二维条码扫描仪相连接并通过中心控制盒控制二维条码扫描仪的启停，在传送带的另一端设有溯源颗粒读取成功收集盒；当对射传感器检测到传送带上有溯源颗粒通过时开启二维条码扫描仪对颗粒表面的二维码进行读取并将读取到的识别信息传送至上位机。

所述二维条码扫描仪的后方旁侧设有贴近传送带设置的气吹口，气吹口通过管道与空气压缩机相连接，空气压缩机通过线路与中心控制盒相连接，且在气吹口的旁侧设有一带悬空缺口的弧形挡板，在弧形挡板的封闭末端下方设有溯源颗粒读取失败收集盒；当二维条码扫描仪扫描到溯源颗粒并读取信息成功时，溯源颗粒经弧形挡板的悬空缺口被传送带运输到溯源颗粒读取成功收集盒中被收集；当扫描失败后，二维条码扫描仪通过给中心控制盒发送信号使得空气压缩机开始工作，随后空气压缩机产生气流通过气吹口8作用于未扫描识别的溯源颗粒，使得未扫描识别的溯源颗粒沿弧形挡板落入传送带旁侧下方的溯源颗粒读取失败收集盒内被收集。

所述的弧形挡板为长方形橡胶条，弧形挡板的一端固定在气吹口处且其另一端固定在未识别溯源颗粒出口处构成一段圆弧；且弧形挡板以二维条码扫描仪的识别区域右侧起始点为分界线，分界线的右侧部位紧贴传送带设置呈封闭状态、分界线的左侧部位悬空构成高度大于溯源颗粒高度的悬空缺口以供扫描成功的溯源颗粒通过继续前行进入溯源颗粒读取成功收集盒。

所述溯源颗粒出料区的出口端与对射传感器之间区域的传送带上设有限位挡板，限位挡板的水平截面呈梯形设计以使得经溯源颗粒出料区的出口端进入传送带上的待识别溯源颗粒通过二维条码扫描仪的扫描区域。

所述的二维条码扫描仪安装在龙门架上，且二维条码扫描仪相对于对射传感器安装在龙门架的背部，在龙门架的正下方设有一中间开口的横向挡板，且横向挡板上供待识别溯源颗粒通过的中间开口正对二维条码扫描仪的扫描区域设置且宽度不大于二维条码扫描仪的扫描区域宽度，使得经横向挡板的中间开口进入的待识别溯源颗粒位于二维条码扫描仪扫描区域内。

所述的溯源颗粒出料区呈斜坡式梯形设计且溯源颗粒出料区的出料板上设有倾斜向下、左右交错焊接设置的铁片以形成一个延长的出料轨道，使得经出料轨道出来的相邻待识别溯源颗粒之间的间距不低于5cm。

所述溯源颗粒出料区的出料板上均布有筛孔，且溯源颗粒出料区的出料板下方设有二次筛分出料口；使得待识别溯源颗粒沿出料轨道进入传送带的过程中能够对振动筛筛板上未筛分完全的粮食颗粒进行二次筛分。

所述的振动筛筛板安装在筛箱的底部，筛箱通过减震弹簧安装在振动筛底座上，在振动筛筛板的下方设有粮食出料口，振动筛筛板和筛箱采用振动电机作为激振源带动振动筛筛板和筛箱振动。

所述的传送带采用传送带电机驱动且传送带电机上设有传送带调速开关。

所述的中心控制盒设置在安装传送带的传送带底座构成的框架中。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明以基于二维条码的谷物溯源颗粒作为粮食信息标识载体，该颗粒表面的二维条码携带谷物的产地、生产日期、品种、等级等信息，将谷物溯源颗粒和粮食以一定的比例混合，一起进入谷物追溯供应链；在生产加工阶段利用小型单层高频低振幅振动筛实现粮食和溯源颗粒的分离，传送带实现分离后的溯源颗粒的输送，利用扫描识别系统实现识别溯源颗粒与未识别溯源颗粒的自动分拣；上位机根据接收到的二维条码信息，直接对该二维码对应的粮食生产日期、等级、品种等信息查询，同时还可以查询数据库中其它环节的详细信息，实现快速便捷、低成本、全方位的追溯谷物各环节的详细信息。

本发明采用的溯源颗粒无毒无害、表面光滑、色泽明亮且硬度较好，有较好的抗磨损能力，能够长时间的运输和储存，方便物流的跟踪，谷物信息的溯源。

本发明的振动筛实现了溯源颗粒与谷物的自动分离，无需人力干预、节约成本且提高了效率；溯源颗粒出料区通过焊接长方形铁条并左右交错排列，形成一个特殊的出料轨道，使溯源颗粒沿着出料轨道一粒粒的有序排到传送带上，保证了前后两个溯源颗粒的间隔距离不小于5cm，避免了溯源颗粒堆积及堵塞出料口，同时有利于溯源颗粒的识别，为整个溯源系统提供了基本信息采集的保障，且能够对对未筛分完全的粮食进行二次筛分，减少未筛分粮食进入传送带的几率，减少未筛分完全的粮食对溯源颗粒识别带来的影响。

本发明的限位挡板和横向挡板保证了溯源颗粒在传送带上的运动轨迹正好通过二维条码扫描仪的识别区域；且横向挡板有效防止了当气吹力度过大时溯源颗粒被吹退到对射传感器靠近振动筛的一端，而再次触发对射传感器及二维条码扫描仪工作，造成溯源颗粒的二次识别。

本发明应用传感器技术实现了二维条码扫描仪的自动扫描工作模式，当检测到溯源颗粒经过时，二维条码扫描仪才工作，平时处于待机的状态；自动扫描工作模式下，无需人力操作，具有低成本、低功耗的优点，同时也延长了二维条码扫描仪的使用寿命。

本发明的装置考虑到溯源颗粒体积小、重量轻的特点，无需太大的力就可以改变溯源颗粒在传送带上的原运动轨迹，因此选用气体作用力实现对溯源颗粒进行自动分拣，气体作用力作为一种清洁能源，不仅不会对传送带表面造成磨损，还可以清理传送带表面灰尘，保持传送带表面的干净，有利于溯源颗粒的识别；二维条码扫描仪的识别结果控制空气压缩机是否工作，只有当扫描失败时，继电器才形成通路，空气压缩机向外产生气体，实现谷物溯源颗粒的自动分拣，扫描成功时，空气压缩机处于待机状态，节省能源，降低了成本。

附图说明

附图1为本发明的粮食自动分离追溯装置的示意图；

附图2为本发明的粮食自动分离追溯装置的俯视结构示意图；

附图3为本发明的粮食自动分离追溯装置的主视结构示意图；

附图4为本发明的粮食自动分离追溯装置的左视结构示意图；

附图5为本发明的粮食自动分离追溯装置的溯源颗粒出料区俯视结构示意图；

附图6为本发明的粮食自动分离追溯装置的溯源颗粒出料区主视结构示意图；

附图7为本发明的粮食自动分离追溯装置的振动筛筛板板面结构示意图；

附图8为本发明的粮食自动分离追溯装置的振动筛筛板斜置示意图；

附图9为本发明的粮食自动分离追溯装置的识别分拣部分原理图；

附图10为本发明的粮食自动分离追溯装置的电路控制模块原理图；

附图11为本发明的粮食自动分离追溯装置的谷物溯源颗粒通讯流程图；

附图12为本发明的粮食自动分离追溯装置的谷物的溯源流程和信息模型图。

其中：1—下料斗；2—振动筛筛板；3—溯源颗粒出料区；4—限位挡板；5—传送带电机；6—传送带调速开关；7—二维条码扫描仪；8—气吹口；9—对射传感器；10—弧形挡板；11—传送带；12—溯源颗粒读取成功收集盒；13—传送带底座；14—中心控制盒；15—溯源颗粒读取失败收集盒；16—空气压缩机；17—粮食出料口；18—筛箱；19—减震弹簧；20—振动筛底座；21—上位机；22—二次筛分出料口；23—振动电机；24—横向挡板；25—龙门架。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-4、9所示：一种基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，包括下料斗1，该下料斗1安装在振动筛筛板2的一端上方，振动筛筛板2的另一端设有倾斜设置的溯源颗粒出料区3，且溯源颗粒出料区3的出口端设置在传送带11的一端，传送带11的正上方设有二维条码扫描仪7，二维条码扫描仪7通过数据线与上位机21相连接且二维条码扫描仪7的前方两侧设有对射传感器9，对射传感器9通过线路依次与中心控制盒14、二维条码扫描仪7相连接并通过中心控制盒14控制二维条码扫描仪7的启停，在传送带11的另一端设有溯源颗粒读取成功收集盒12；当对射传感器9检测到传送带11上有溯源颗粒通过时开启二维条码扫描仪7对颗粒表面的二维码进行读取并将读取到的识别信息传送至上位机21；二维条码扫描仪7安装在龙门架25上，且二维条码扫描仪7相对于对射传感器9安装在龙门架25的背部，在龙门架25的正下方设有一中间开口的横向挡板24，且横向挡板24上供待识别溯源颗粒通过的中间开口正对二维条码扫描仪7的扫描区域设置且宽度不大于二维条码扫描仪7的扫描区域宽度，使得经横向挡板24的中间开口进入的待识别溯源颗粒位于二维条码扫描仪7扫描区域内；另外二维条码扫描仪7的后方旁侧设有贴近传送带11设置的气吹口8，气吹口8通过管道与空气压缩机16相连接，空气压缩机16通过线路与中心控制盒14相连接，且在气吹口8的旁侧设有一带悬空缺口的弧形挡板10，在弧形挡板10的封闭末端下方设有溯源颗粒读取失败收集盒15；当二维条码扫描仪7扫描到溯源颗粒并读取信息成功时，溯源颗粒经弧形挡板10的悬空缺口被传送带11运输到溯源颗粒读取成功收集盒12中被收集；当扫描失败后，二维条码扫描仪7通过给中心控制盒14发送信号使得空气压缩机16开始工作，随后空气压缩机16产生气流通过气吹口8作用于未扫描识别的溯源颗粒，使得未扫描识别的溯源颗粒沿弧形挡板10落入传送带11旁侧下方的溯源颗粒读取失败收集盒15内被收集。上述的弧形挡板10为长方形橡胶条，弧形挡板10的一端固定在气吹口8处且其另一端固定在未识别溯源颗粒出口处构成一段圆弧；且弧形挡板10以二维条码扫描仪7的识别区域右侧起始点为分界线，分界线的右侧部位紧贴传送带11设置呈封闭状态、分界线的左侧部位悬空构成高度大于溯源颗粒高度的悬空缺口以供扫描成功的溯源颗粒通过继续前行进入溯源颗粒读取成功收集盒12；上述的弧形挡板10就起到仅仅对未识别溯源颗粒具有遮挡作用，而不会遮挡扫描成功的溯源颗粒。

在上述装置中，振动筛筛板2安装在筛箱18的底部，筛箱18通过减震弹簧19安装在振动筛底座20上，在振动筛筛板2的下方设有粮食出料口17，振动筛筛板2和筛箱18采用振动电机23作为激振源带动振动筛筛板2和筛箱18振动。溯源颗粒出料区3的出口端与对射传感器9之间区域的传送带11上设有限位挡板4，限位挡板4的水平截面呈梯形设计以使得经溯源颗粒出料区3的出口端进入传送带11上的待识别溯源颗粒通过二维条码扫描仪7的扫描区域。该溯源颗粒出料区3呈斜坡式梯形设计且溯源颗粒出料区3的出料板上设有倾斜向下、左右交错焊接设置的铁片以形成一个延长的出料轨道，使得经出料轨道出来的相邻待识别溯源颗粒之间的间距不低于5cm；同时溯源颗粒出料区3的出料板上均布有筛孔，且溯源颗粒出料区3的出料板下方设有二次筛分出料口22；使得待识别溯源颗粒沿出料轨道进入传送带11的过程中能够对振动筛筛板2上未筛分完全的粮食颗粒进行二次筛分。传送带11采用传送带电机5驱动且传送带电机5上设有传送带调速开关6；中心控制盒14设置在安装传送带11的传送带底座13构成的框架中。

本发明的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置使用时，通过振动电机23作为激振源，带动筛箱18及振动筛筛板2振动，减震弹簧19既是主振弹簧又是隔振弹簧，起到支承振动机体、使机体实现所要求的振动并减小传给振动筛底座20的动载荷。粮食和溯源颗粒的混合物随振动筛筛板2一起振动，粮食从粮食出料口17流出与振动筛筛板2分离，溯源颗粒经过溯源颗粒出料区3离开振动筛，实现谷物与溯源颗粒的分离。溯源颗粒出料区3采用斜坡式设计且设成筛板式的，在具有斜坡的出料板上左右交错固定挡条，形成一个特定的出料轨道，保证颗粒一个个的有序排列进入传送带11，通过对传送带11的速度调节，使进入到传送带11上相邻的两个溯源颗粒之间的距离不小于5cm，以确保在二维条码扫描仪7的扫描区域内有且仅有一个溯源颗粒被扫描；溯源颗粒进入传送带后首先经过限位挡板4，限位挡板4能够实现溯源颗粒沿传送带11的中心线区域的直线输送并和横向挡板24相互协作使得溯源颗粒能够通过二维条码扫描仪7的扫描区域；溯源颗粒经传送带11运输时会遮挡住对射传感器9的光线，对射传感器9产生开关量信号并经过中心控制盒14，中心控制盒14将低电平信号传递给二维条码扫描仪7，使处于待机状态的二维条码扫描仪7开始工作，对待扫描的溯源颗粒进行识别，识别的结果通过串口通讯的方式传递给上位机21，利用上位机21的系统调用核心数据库对谷物相关信息进行查询，达到溯源的目的。扫描成功时，空气压缩机16处于待机状态，溯源颗粒直接从弧形挡板10的左侧悬空缺口通过，溯源颗粒被传送带11运输到溯源颗粒读取成功收集盒12中被收集；当扫描失败时，二维条码扫描仪7通过给中心控制盒14发送信号使空气压缩机16开始工作，随后空气压缩机16产生气流通过气吹口8作用于未扫描识别的溯源颗粒，气吹时间设置为300ms,这样既不会对随后的溯源颗粒造成影响，同时也可以保证未扫描识别的溯源颗粒受到足够的作用力而分离；溯源颗粒受到气体作用力，沿前进方向向右偏离原运动轨迹，经过弧形挡板10，依靠溯源颗粒之间前后的推力及溯源颗粒与传送带之间的摩擦力，在溯源颗粒读取失败收集盒15中被收集。

本发明的二维条码溯源颗粒粮食自动分离追溯装置利用振动筛的振动实现谷物与溯源颗粒分离，并分别从各自出料口出去。溯源颗粒离开振动筛后进入到传送带11上被输送，输送时首先经过对射传感器9并切断对射传感器9发射端发出的光线，使得对射传感器9检测到溯源颗粒经过，触发二维条码扫描仪7工作。扫描成功的溯源颗粒直接被传送带11运输到传送带11尾端的溯源颗粒读取成功收集盒12中；扫描失败时，二维条码扫描仪7触发空气压缩机16工作，空气压缩机16产生的气流经传送带11上的气吹口8作用于溯源颗粒并改变溯源颗粒原运动轨迹，在传送带11右侧的溯源颗粒读取失败收集盒15被接收。扫描结果通过串口通讯传给上位机21，上位机21调用本地数据库系统检索出溯源颗粒表面二维条码对应的数据库里的相关信息，包括谷物生产、运输、仓储、销售等环节的详细信息。

下面通过对溯源颗粒及各结构部件的详细说明来进一步阐述本发明的技术方案。

(一)溯源颗粒选材及设计

溯源颗粒要求无毒无害，原材料选用糖粉、纤维素及硬脂酸镁的混合物。溯源颗粒为白色，适合喷印二维条码。考虑运输存储的方便性及喷印的识别效果，要求溯源颗粒的体积要适中。本专利以小麦为研究对象，小麦是不规则的椭球形，两端长6.55-7.66mm，两侧宽2.89-3.69mm，结合振动筛筛板的尺寸(筛孔直径为6mm)，因此，一共设计了两种形状的溯源颗粒。圆形颗粒：直径11.10mm、高5.18mm，类似椭圆形颗粒：长11.12mm、宽6.13mm、高4.3mm。例如将二维条码内容设计为“扬麦1322016-05-27扬州阳寿镇爱国村”，其中扬买13代表小麦品种、2代表小麦等级、2016-05-27代表生产日期，扬州阳寿镇爱国村代表产地。

(二)振动筛的设计

振动筛的作用是将谷物和溯源颗粒分离。设计的振动筛为小型单层高频低振幅振动筛。振动筛主要部件包括筛箱、筛板、振动电机、电机台座、减震弹簧及支架等。振动筛利用振动电机激振作为振动源，使物料在筛网上被抛起，同时向前做运动，从而达到筛选的目的。

振动筛相关设计及计算如下：

(1)筛面倾角设计为可调，原始角度为5度，变化范围为5～13度；安装时将横梁底部的螺栓固定，同时将筛箱18边框上的四个螺栓固定，就可将振动筛筛板2的上下卡住，安装完毕；调节角度时，将上下螺栓松开，通过将横梁底部的螺栓往上顶，就可以改变振动筛筛板2的角度。

(2)振动方向角β₁，是振动方向线与筛面之间的夹角，取β₁＝45°。

(3)振幅A₁，本振动筛设计的是高频低振幅，振幅A₁取0.3mm。

(4)振动强度k₁，查阅书籍《现代振动筛分技术及设备设计》，k₁取2.5。

(5)抛射强度k_v，一般取值范围为1.5～2.5，而易筛物料取较小值，本设计取k_v＝2。

(6)振动次数n，由以上参数可以计算振动次数

(7)振动频率，原始频率f＝n/60＝48.3HZ，本设计的振动筛的振动频率为可调，在振动电机的输出端接一个变频器，通过变频器改变电机的转速，从而改变振动筛的振动频率。

(8)振动圆频率w，w＝2πf＝303.324HZ。

(9)根据选定的振动次数n计算振动强度

(10)抛射强度k_v＝k₁sinβ₁＝1.99。

(11)物料的理论平均速度，本申请的技术方案中可取i_d＝0.704。

(12)物料运动实际平均速度，式中ν_d是物料的理论平均速度，为安装倾角影响系数查表得c_n为料层厚度影响系数查表得c_n＝0.6，c_m为物料形状影响系数，粉状时c_m取0.6～0.7，块状时取0.8～0.9，颗粒状取0.9～1；本设计分离的物料为颗粒状，故取c_m＝0.95。

(13)筛面尺寸，筛面的长宽比一般应保持一定的比例关系，一般是2.5：1～3.5：1；本设计的振动筛是小型振动筛，确定筛板尺寸为752mm*248mm。

(14)参振质量的估算，M_z＝M_W+M_X+M_d＝1.5kg+32kg+3.5kg＝37kg

式中：M_z——总参振质量；             M_W——筛箱中物料参振质量；

     M_X——筛箱参振质量；           M_d——电机参振质量；

(15)振动电机选择，激振力F＝M_ZA₁w²＝1021.3N，根据电动机标准，选定深圳市欣佳宏科技有限公司生产的TB-100型号振动电机；该电机最大激振力1029N，功率为0.1kw,振动频率3000次/分，额定电流0.36，电压为220v。

(16)频率比，其中w为激振频率，w₀为系统自振频率；本设计取4。

(17)减震弹簧总刚度，本系统采用四个弹簧支撑，则每个弹簧的刚度

(18)振动筛溯源颗粒出料区的设计：

二维条码扫描仪7一次只能扫描一个溯源颗粒，当溯源颗粒扫描失败时会触发空气压缩机16产生气吹。如果进入传送带11的相邻两个溯源颗粒距离过近或溯源颗粒成堆的被传送时，可能就有溯源颗粒被漏识。另外当前一个溯源颗粒扫描失败触发空气压缩机16产生气吹，后面距离较近的还未开始识别的溯源颗粒也会受到气吹作用力，同样造成相邻溯源颗粒的漏识。因此要求从振动筛溯源颗粒出料区3出来的溯源颗粒是一个个有序出来的而且要保证传送带11上前后两个相邻溯源颗粒的距离不小于5cm。另外，小麦经过振动筛的筛分后，可能会出现筛分不完全的情况，结果就是会有少量的小麦进入传送带11，影响颗粒的识别，因此要求应尽可能的减少小麦进入传送带11。

本设计对传统的振动筛的溯源颗粒出料区3进行改进，将溯源颗粒出料区3改造成一个斜坡式的。在斜坡式的出料板上焊接有长方形铁片。铁片按照左右交错排列焊接，形成一个出料轨道，同时出料板还设计成筛板式的。这样溯源颗粒就会沿着这个出料轨道一个个排列的进入传送带，同时可以对在振动筛上未筛分完全的小麦进行二次筛分。溯源颗粒出料区3的俯视结构示意图如图5所示、主视结构示意如图6所示，经多次反复实验得出：其中焊接的长方形铁条与水平线的夹角都为a＝6度，整个出料板与水平面的夹角β＝23度，出料板是一个等腰梯形，其中L＝0.28m，M＝0.248m，K＝0.012m，A＝0.22，C₃＝6mm，L₃＝8.5mm，B＝0.18m，C＝0.12m，D＝0.05m，E＝0.04m，X＝0.085m，W＝0.13m，Y＝0.065m，Z＝0.07m。

(19)振动筛筛板的设计

振动筛筛板2是振动筛的主要工作部件，目前生产中主要使用的振动筛筛板2有三种，分别是：栅筛、冲孔筛、编织筛。在小麦加工的工程实践中，栅筛和编织筛不适合小麦的筛分，编制筛在振动过程中易变形，表面不平，难以保证整个筛面在同一个面上。因此本振动筛选择冲孔筛板。本设计是将小麦作为筛下物，将溯源颗粒作为筛上物。当物料的尺寸小于筛孔尺寸的0.75，属于易筛物料。而大于筛孔尺寸的0.75时则属于难筛物料。设计的筛板的筛孔孔径应该满足小麦的尺寸小于筛孔尺寸的0.75，这样小麦才可以比较容易作为筛下物被筛下。而溯源颗粒的尺寸应该大于筛孔的尺寸。因此，选用孔径大小为6mm的圆孔冲孔筛板，孔距为2.5mm。

筛孔的排列方法有正方形排列、交错排列两种形式。正方形排列是纵、横两个方向都对齐的筛孔排列方法。各孔之间的孔距并不相同,所以筛面上各处的强度也并不一致。另外，正方形排列的两列筛孔之间并无筛孔可能造成物料走空道，减少了物料的过筛机会，所以筛分效率较低。交错排列是指只有一个方向相互对齐的排列方式。各孔之间的孔距相等，因此筛面上的各处强度一致，且物料无空道可走，使得过筛机会增大，有利于筛分效率提高。筛孔排列方法直接影响到筛面的利用系数和物料落入筛孔的机会。筛孔的交错排列在筛分的效果上要优于正方形排列，所以生产中多采用交错排列方式。根据国标GB/T 10612-2003,本设计的筛板采用交错排列，示意图如图7所示。其中筛宽A₂＝248mm，筛长B₂＝752mm，孔径C₂＝6mm，孔间距L₂＝8.5mm。

(20)振动筛的透筛概率理论

透筛概率的大小不等于筛分率的大小，透筛概率只是说明物料透筛的难易程度，虽有计算值，但是只是定性的分析。而筛分率是定量说明物料透筛难易程度，筛分率更能准确的反映物料的透筛情况，但是两者在理论上是统一的。

实际设计中，筛面都有一定的倾角，以满足各种筛分的需要和要求。瑞典学者F.Mogensen提出了单颗球形颗粒倾斜抛到倾斜筛面上的透筛概率理论。图8为斜面筛面。从图8能够看出单颗球形颗粒的透筛概率P为：

式中：a是圆形筛孔的边长为6mm，b是筛丝直径为2.5mm，d是球形颗粒的直径，是筛面倾角为5度，δ是颗粒下降过程中运动方向与重力方向的夹角为15度。为筛丝内侧部分与球形颗粒碰撞后的透筛系数。的求法如下：

本实验是将小麦作为筛下物，小麦尺寸为长6.5-7.64mm，两侧宽2.9-3.67mm。选用圆孔筛板，筛孔边长6mm，孔间距2.5mm,筛面倾角5度，入料方向角15度。将小麦近似看作球形颗粒(直径取3mm)带入公式估算透筛概率p₂为14％。

(三)传送带设计

为满足设计需要，传送带11的高度应低于溯源颗粒出料区3的高度，为节省空间同时满足传送需求，长度和宽度不宜太大，长度为1.51米，宽度为0.155米。对射传感器9、气吹口8、二维条码扫描仪7的安装位置如图9所示。气吹时间过长会对后面未识别溯源颗粒造成影响，气吹时间过短起不到分拣的效果，故本设计设定的气吹时间为300ms。溯源颗粒从溯源颗粒出料区3进入到传送带11前后两个溯源颗粒之间的时间间隔大约为t＝500ms，为保证溯源颗粒前后距离大于s＝5cm，则传送带11的速度至少为v＝s/t＝0.05m/0.5s＝0.1m/s。因二维条码扫描仪7的扫描区域固定，因此在传送带11起始位置，要安装一个限位挡板4，作用是保证溯源颗粒正好通过二维条码扫描仪7的扫描区域。在传送带11右侧溯源颗粒读取失败收集盒15处，需安装一个横向的弧形挡板10，弧形挡板10是长方形橡胶条，一端固定在气吹口8处，一端固定在未识别溯源颗粒出口处以构成一段圆弧。弧形挡板10以二维条码扫描仪7的识别区域右侧起始点为分界线，分界线的右侧部位紧贴传送带11，分界线的左侧部位悬空，悬空高度大于溯源颗粒高度。这样设计的好处是：分界线右侧部位利用传送带11和溯源颗粒的摩檫力及相邻溯源颗粒前后之间的推力，使未识别溯源颗粒最终进入源颗粒读取失败收集盒15中，而识别的溯源颗粒直接被传至传送带11尾端而不会被该弧形挡板10挡住；横向挡板24是一个中间开口的挡板，开口的宽度不大于二维条码扫描仪7的识别区域宽度，可以起到防止溯源颗粒被吹退再次触发对射传感器9造成二次识别的作用。

(四)电路控制模块工作原理

对射传感器9检测到颗粒经过时，对射传感器9产生下降沿信号。通过中心控制模块，给二维条码扫描仪7一个低电平信号，二维条码扫描仪7开始工作。当扫描结束时，二维条码扫描仪7由低电平变为高电平，再次处于待机状态。二维条码扫描仪7扫描结束后，一方面将扫描结果通过串口通讯传给上位机21，另一方面将结果反馈给中心控制模块。当扫描失败时，中心控制模块使继电器开始工作，继电器形成通路，空气压缩机16开始工作，产生气体作用力。扫描失败的溯源颗粒受到气体作用力，改变运动轨迹，被传送带11右侧的溯源颗粒读取失败收集盒15收集。扫描成功时，继电器仍保持断路状态，空气压缩机16不工作，扫描成功的溯源颗粒直接被传送带11尾端的源颗粒读取成功收集盒12收集。粮食自动分离追溯装置的电路控制模块原理图如图10所示。

(五)二维条码扫描仪与上位机通信

二维条码扫描仪7通过串口通讯将扫描数据结果传给上位机21，以便上位机21的溯源查询系统实时有效的对该条码对应的谷物的生产、运输、仓储、销售四个环节的相关信息进行精确的查询。当溯源颗粒未遮挡住对射传感器9发射端发射出的光线时，不会触发二维条码扫描仪7工作，也不会和上位机21建立通信。当溯源颗粒遮挡住对射传感器9发射端发射出的光线时，二维条码扫描仪7开始工作。扫描成功时，将解码成功的条码信息发给上位机21，扫描失败时，发给上位机一个”nononononononon”数据，表明扫描失败。具体通讯流程图11所示。

(6)上位机谷物溯源追溯查询系统

上位机21的系统稳定、可靠、实时性强，是整个溯源系统的重要组成部分，担负着管理、控制、维护和用户界面操作的重任，提供了人机交互的友好界面。上位机利用c#语言和SQL数据库搭建，实现了数据的实时接收、显示、存储、修改、删除，实现了数据管理和信息交流的功能。二维条码扫描仪7扫描的数据结果被上位机21接收后，在二维条码扫描接收框中显示。在接收框里选中要查询的二维条码，点击谷物信息查询按钮，可以实时有效的对该二维条码对应的谷物的生产、运输、仓储、销售四个环节的相关信息进行精确的查询。

上位机谷物溯源系统是利用Microsoft Visual Studio 2010软件的.NET平台的c#语言编写，利用SQL Server数据库实现对数据的管理、操作和维护。SQL Server数据库是一个分布式的关系型数据库管理系统，通过其建立信息丰富全面可靠的信息库，以支持谷物溯源系统对谷物的溯源查询。在数据库里存储有谷物的基本信息和生产、运输、仓储、销售等环节的相关信息。每一个二维条码都对应着其独特的信息，根据接收的二维条码，利用SQL结构化查询语言：CREATE,DROP(数据定义)、DELETE,UPDAT,INSERT(数据操作)、SELECT(数据库查询)、GRANT,REVOKE(数据控制)，就可以快速的对库里的数据进行查询、修改、删除等操作。谷物的溯源流程和信息模型如图12所示。其中实线剪头表示谷物从生产到消费的整个过程中信息的建立和更新，虚线箭头表示从消费人群溯源回谷物最初生产地的整个过程。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，包括下料斗（1），其特征在于：所述的下料斗（1）安装在振动筛筛板（2）的一端上方，振动筛筛板（2）的另一端设有倾斜设置的溯源颗粒出料区（3），且溯源颗粒出料区（3）的出口端设置在传送带（11）的一端，传送带（11）的正上方设有二维条码扫描仪（7），二维条码扫描仪（7）通过数据线与上位机（21）相连接且二维条码扫描仪（7）的前方两侧设有对射传感器（9），对射传感器（9）通过线路依次与中心控制盒（14）、二维条码扫描仪（7）相连接并通过中心控制盒（14）控制二维条码扫描仪（7）的启停，在传送带（11）的另一端设有溯源颗粒读取成功收集盒（12）；当对射传感器（9）检测到传送带（11）上有溯源颗粒通过时开启二维条码扫描仪（7）对颗粒表面的二维码进行读取并将读取到的识别信息传送至上位机（21）；所述二维条码扫描仪（7）的后方旁侧设有贴近传送带（11）设置的气吹口（8），气吹口（8）通过管道与空气压缩机（16）相连接，空气压缩机（16）通过线路与中心控制盒（14）相连接，且在气吹口（8）的旁侧设有一带悬空缺口的弧形挡板（10），在弧形挡板（10）的封闭末端下方设有溯源颗粒读取失败收集盒（15）；当二维条码扫描仪（7）扫描到溯源颗粒并读取信息成功时，溯源颗粒经弧形挡板（10）的悬空缺口被传送带（11）运输到溯源颗粒读取成功收集盒（12）中被收集；当扫描失败后，二维条码扫描仪（7）通过给中心控制盒（14）发送信号使得空气压缩机（16）开始工作，随后空气压缩机（16）产生气流通过气吹口（8）作用于未扫描识别的溯源颗粒，使得未扫描识别的溯源颗粒沿弧形挡板（10）落入传送带（11）旁侧下方的溯源颗粒读取失败收集盒（15）内被收集；所述的弧形挡板（10）为长方形橡胶条，弧形挡板（10）的一端固定在气吹口（8）处且其另一端固定在未识别溯源颗粒出口处构成一段圆弧；且弧形挡板（10）以二维条码扫描仪（7）的识别区域右侧起始点为分界线，分界线的右侧部位紧贴传送带（11）设置呈封闭状态、分界线的左侧部位悬空构成高度大于溯源颗粒高度的悬空缺口以供扫描成功的溯源颗粒通过继续前行进入溯源颗粒读取成功收集盒（12）。

2.根据权利要求1所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述溯源颗粒出料区（3）的出口端与对射传感器（9）之间区域的传送带（11）上设有限位挡板（4），限位挡板（4）的水平截面呈梯形设计以使得经溯源颗粒出料区（3）的出口端进入传送带（11）上的待识别溯源颗粒通过二维条码扫描仪（7）的扫描区域。

3.根据权利要求1或2所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述的二维条码扫描仪（7）安装在龙门架（25）上，且二维条码扫描仪（7）相对于对射传感器（9）安装在龙门架（25）的背部，在龙门架（25）的正下方设有一中间开口的横向挡板（24），且横向挡板（24）上供待识别溯源颗粒通过的中间开口正对二维条码扫描仪（7）的扫描区域设置且宽度不大于二维条码扫描仪（7）的扫描区域宽度，使得经横向挡板（24）的中间开口进入的待识别溯源颗粒位于二维条码扫描仪（7）扫描区域内。

4.根据权利要求1所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述的溯源颗粒出料区（3）呈斜坡式梯形设计且溯源颗粒出料区（3）的出料板上设有倾斜向下、左右交错焊接设置的铁片以形成一个延长的出料轨道，使得经出料轨道出来的相邻待识别溯源颗粒之间的间距不低于5cm。

5.根据权利要求4所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述溯源颗粒出料区（3）的出料板上均布有筛孔，且溯源颗粒出料区（3）的出料板下方设有二次筛分出料口（22）；使得待识别溯源颗粒沿出料轨道进入传送带（11）的过程中能够对振动筛筛板（2）上未筛分完全的粮食颗粒进行二次筛分。

6.根据权利要求1或5所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述的振动筛筛板（2）安装在筛箱（18）的底部，筛箱（18）通过减震弹簧（19）安装在振动筛底座（20）上，在振动筛筛板（2）的下方设有粮食出料口（17），振动筛筛板（2）和筛箱（18）采用振动电机（23）作为激振源带动振动筛筛板（2）和筛箱（18）振动。

7.根据权利要求1所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述的传送带（11）采用传送带电机（5）驱动且传送带电机（5）上设有传送带调速开关（6）。

8.根据权利要求1、7任一所述的基于二维条码溯源颗粒的粮食自动分离追溯装置，其特征在于：所述的中心控制盒（14）设置在安装传送带（11）的传送带底座（13）构成的框架中。

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