CN110169232A - 一种自动化单粒种子活力分选系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及种子活力测量技术领域，特别是涉及一种自动化单粒种子活力分选系统，具体包括：传送装置；分料器，用于将待检测种子单粒转移至所述传送装置的传送皮带上；高光谱检测装置，用于对转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子进行高光谱检测，获得各所述待检测种子的活力等级；多个吹气装置，多个收集箱；控制装置，其输入端连接所述高光谱检测装置的输出端，其输出端连接所述吹气装置的控制电磁阀，以根据目标种子的活力等级控制相应等级的所述吹气装置的控制电磁阀打开，将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内。本发明提供的单粒种子的自动分选控制，具有更好的准确度和精度。可以广泛的用于种子筛选，并可推广至工业化。

Description

一种自动化单粒种子活力分选系统

技术领域

本发明涉及种子活力测量技术领域，特别是涉及一种自动化单粒种子活力分选系统。

背景技术

种子活力是指在广泛的田间条件下，决定种子迅速整齐出苗以及幼苗正常生长的潜力。在种子播种前，进行种子活力分级，能够剔除种子中的混杂物、去除不饱满的种子或劣变的种子，进而提高种子的精度级别、提高种子质量、减少播种量、实现精量播种、提高经济效益。

种子分级检测主要以清选为主，利用种子和异物以及霉变种子的质量、密度、尺寸、形状、颜色和弹性等物理性质的不同，采用气流清洗、筛选、窝眼筒筛选和摩擦分离等方式，将杂质、碎裂和病变的种子分离出来。这些方法对应的装置，通常不能实现待检测种子的单粒排布，而是批量处理种子，进而存在着精度低、自动化程度差，且易对种子造成损耗等缺点而且无法对种子活力进行分级，不能准确地体现种子的等级。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种自动化单粒种子活力分选系统，以克服现有技术的不足，它能够在实现待检测种子单粒排布的基础上，借助高精度的高光谱检测装置实现单粒种子的种子活力登记的判定，借助于活力等级对应设置的空间分布排列的多个吹气装置实现待检测种子的分选，提高了不同活力等级的种子分选精度。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种自动化单粒种子活力分选系统，所述自动化单粒种子活力分选系统包括：

传送装置，用于传送待检测种子；

分料器，设置在所述传送装置的上方，用于将待检测种子单粒转移至所述传送装置的传送皮带上；

高光谱检测装置，设置在所述传送皮带的上方，并位于所述分料器的一侧，用于对转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子进行高光谱检测，获得各所述待检测种子的活力等级；

多个吹气装置，各所述吹气装置均位于所述高光谱检测装置远离所述分料器的一侧，且沿所述传送皮带的传输方向依次排布在所述传送皮带的上方；其中，沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置的数量小于等于预设的活力等级的等级数；

多个收集箱，所述收集箱均位于所述传送皮带的下方，且与沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置对应设置；

控制装置，其输入端连接所述高光谱检测装置的输出端，其输出端连接所述吹气装置的控制电磁阀，以根据目标种子的活力等级控制相应等级的所述吹气装置的控制电磁阀打开，将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内；其中：所述目标种子是将传输至所述收集箱上方的所述待检测种子。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述传送皮带用于传送所述待检测种子的表面设置有沿传送方向均匀排布的凹槽。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述传送皮带的与用于传送所述待检测种子的表面相对的一面设置有振动装置；所述振动装置用于带动所述传送皮带振动。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述传送皮带的长度方向的两相对侧均设置有垂直所述传送皮带的护板；所述护板相对所述收集箱位置固定，且所述护板靠近所述收集箱的一侧低于所述传送皮带，所述护板远离所述收集箱的一侧高于所述传送皮带；其中一所述护板上设置有对应各所述收集箱的缺口。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述分料器包括：环形吸盘，所述环形吸盘的圆周面上设置有两个吸孔，两所述吸孔之间的圆心角为90°；滚轮，沿所述环形吸盘的轴向嵌装在所述环形吸盘内部，用于带动所述环形吸盘转动；所述滚轮内部设置有沿径向分布的两吸气孔，所述吸气孔与所述吸孔一一对应，且所述吸气孔远离所述吸孔的一端连接有抽气泵。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述吸孔包括：凹槽，设置在所述环形吸盘圆周面上；直孔，沿所述环形吸盘的径向设置在所述环形吸盘内；所述直孔连通所述凹槽。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述分料器包括：环形吸盘，所述环形吸盘的圆周面上设置有两个携带板，两所述携带板之间的圆心角为90°；其中，所述携带板是弯折板，且所述弯折板的弯折方向朝向所述环形吸盘；滚轮，沿所述环形吸盘的轴向嵌装在所述环形吸盘内部，用于带动所述环形吸盘转动。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述高光谱检测装置包括：高光谱相机，设置在所述传送皮带上方，并位于所述分料器的一侧，用于获得转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子的高光谱图像；数据处理装置，用于接收各所述待检测种子的高光谱图像，并根据所述数据处理装置内部存储的光谱与活力等级对应关系数据库获得所述待检测种子的活力等级。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述吹气装置包括：吹气管道，一端连接储气罐，另一端位于所述传送皮带的表面，且其端口位于所述传送皮带表面一侧边处，并平行所述传送皮带的传送待检测种子的表面；控制电磁阀，设置在所述吹气管道上，且所述控制电磁阀电连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下打开或者断开所述吹气管道内的气流。

如上所述的自动化单粒种子活力分选系统，其中，优选的，所述自动化单粒种子活力分选系统还包括：位置检测装置，设置在所述传送皮带的上方，且位于所述吹气装置靠近所述高光谱检测装置的一侧，用于监测所述目标种子；所述位置检测装置的输出端连接所述控制装置。

由以上可见，本实施例提供的自动化单粒种子活力分选系统，借助分料器和传送装置实现待检测种子达到呈现空间单粒分布的状态，在待检测种子满足空间单粒分布的情况下，借助高光谱检测装置这一能够提供精度检测结果的检测手段，进行单粒种子的自动分选控制，自动分选时借助采用空间分布排列的多个吹气装置，空间分布排列的多个吹气装置的数量依据预设的活力等级的等级数数量设置，保证待检测种子按照被高光谱检测装置判定的活力等级按需借助对应的吹气装置被吹落至对应等级的收集箱，保证了待检测种子是一粒一粒的被准确分选，进而保证了使得不同活力等级种子的分选结果具有更好的准确度和精度。可以广泛的用于种子筛选，并可推广至工业化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的具体的单粒种子活力分选系统的结构示意图；

图2为图1的A区域的放大结构示意图；

图3为本申请提供的具体的单粒种子活力分选系统的原理示意图。

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。

高光谱技术是指利用很多很窄的电磁波波段(一般光谱分辨率为nm级)获取研究对象的光谱数据，并通过化学计量学方法探寻研究对象本身属性与光谱数据的关系模型，从而识别、获取物体的组成和结构信息。高光谱技术的首要特点是光谱的分辨率很高，其精度一般为10nm左右；并且高光谱数据可以完全涵盖地物的探测谱段范围(400-2500nm)；从而可以有效地反映不同地物分子、原子和离子的晶格振动信息，大幅度提高了精细信息的表达能力；使得基于高光谱信息分析和探测种子属性成为可能。

高光谱技术具有如下优势：(1)测试简单，无繁琐的前处理和化学反应过程；(2)测试速度快，测试过程大多可在1min内完成，大大缩短了测试周期；(3)测试过程无污染，可有效避免传统化学分析中产生的废气、废液和废渣；(4)测试人员专业化要求较低，可单人完成多个化学指标的大量测试；(5)对样品无损伤，可以在不破坏动植物活体和微生物生境的情况下进行测试；(6)重复性好，并且可以实现在线分析。

本申请借助利用高光谱相机对待检测种子表面信息进行采集并上传至数据处理装置。数据处理装置包括但不限于上位机、计算机、可编程逻辑阵列FPGA等，且数据处理装置内部存储有待测量种子光谱与活力等级对应关系数据库，通过对比和分析，快速准确获得待检测种子的活力等级。然后根据获得的活力等级对待检测种子进行等级分选。

本申请利用高光谱技术实现种子活力检测的工作有先例可循，例如但不限于：Mo等人《International Conference on Quality Control by Artificial Vision》上公开的“Hyperspectral imaging using flickerless active LED illumination”利用基于LED光源的高光谱反射图像，区分有活力和无活力的辣椒种子；Ahn等人在《FoodEngineering Progress》上公开的“Development of non-destructive qualitymeasurement technique for cabbage seed using hyperspectral reflectanceimaging”提到了利用荧光高光谱反射图像技术研究了卷心菜种子活力的识别；Nansen等人在《Optik-International Journal for Light and Electron Optics》上公开的“Use oflocal fuzzy variance to extract the scattered regions of spatial stray lightinfluence in hyperspectral images”提到了利用高光谱图像研究了3种澳大利亚数目种子的发芽能力随老化时间的退化问题。可见，高光谱图像是现有的一种高效而且精准的测量种子活力的技术，本申请只使用高光谱技术进行种子活力的检测的概念，并不对围绕该技术进行的数据处理过程，即根据获得高光谱图像获得种子活力等级的过程，做详细介绍。

实施例1：

基于以上描述，本申请提供了一种自动化单粒种子活力分选系统，所述自动化单粒种子活力分选系统包括：传送装置、分料器、高光谱检测装置、多个吹气装置、多个收集箱和控制装置。

传送装置用于传送待检测种子；分料器设置在所述传送装置的上方，用于将待检测种子单粒转移至所述传送装置的传送皮带上；高光谱检测装置设置在所述传送皮带的上方，并位于所述分料器的一侧，用于对转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子进行高光谱检测，获得各所述待检测种子的活力等级；多个吹气装置均位于所述高光谱检测装置远离所述分料器的一侧，且沿所述传送皮带的传输方向依次排布在所述传送皮带的上方；其中，沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置的数量等于预设活力等级的等级数；多个收集箱均位于所述传送皮带的下方，且与沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置对应设置；控制装置的输入端连接所述高光谱检测装置的输出端，其输出端连接所述吹气装置的控制电磁阀，以根据目标种子的活力等级控制相应等级的所述吹气装置的控制电磁阀打开，将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内；其中：所述目标种子是将传输至所述收集箱上方的所述待检测种子。

通过以上所述的自动化单粒种子活力分选系统，借助分料器将待检测种子单粒转移至所述传送装置的传送皮带上；然后借助高光谱检测装置获得各所述待检测种子的活力等级，然后，高光谱检测装置的输出端连接控制装置，控制装置的输出端连接吹气装置的控制电磁阀，以根据目标种子的活力等级控制相应等级的所述吹气装置的控制电磁阀打开，将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内；其中：所述目标种子是将传输至所述收集箱上方的所述待检测种子。

以上过程中，首先借助分料器实现待检测种子在传送皮带上的单粒分布，然后借助高光谱检测装置获得单粒种子的活力等级，高光谱检测装置分析得到的活力等级检测结果传输给控制装置，控制装置控制与活力等级相对应的吹气装置的控制电磁阀打开，吹气装置将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内，进而实现了不同活力等级的种子的分选。该过程中，借助高光谱检测装置进行种子活力检测，无需对种子进行预处理，不会对种子造成破坏；再者，获得的活力检测结果准确度高、精度高。在种子成单粒分布的基础上，根据高准确度的检测结果进行自动化控制，一方面了方便了自动化控制的执行，另一方面，保证了自动化控制的准确度，使得不同活力等级种子的分选结果具有更好的准确度和精度。可以广泛的用于种子筛选，并可推广至工业化

其中，所述传送装置用于传送待检测种子。

具体而言，所述传送装置包括相对设置的具有一定间距的两传送轮和绕设在两所述传送轮上的被用来传送物体(即待检测种子)的环形的传送皮带。在设置的时候，为增大传送皮带与待传送种子之间的摩擦力，也为将待检测种子在所述传送皮带表面进行限位，优先在所述传送皮带的表面设置凹槽。为保证凹槽形状与待检测种子的形状尽量保持一致，且方便待检测种子从凹槽中滑出，凹槽的形状优选碗状槽、蜂窝槽、半球槽等。需要说明的是，传送皮带的表面设置的凹槽数量和沿传送带长度方向相邻凹槽之间的间距可以根据应用环境需求进行设置，本实施例不展开具体论述。

再者，为了确保待检测种子被转移到传送皮带后尽快的归入不同的凹槽内，以保证待检测种子在传送皮带的表面分布的均匀性，在所述传送皮带下方设置有振动装置，即在传送皮带的与用于传送所述待检测种子的表面相对的一面设置振动装置，所述振动装置用于带动所述传送皮带振动，通过传送皮带的振动保证待检测种子被转移到传送皮带后尽快的归入不同的凹槽内，并进一步的保证待检测种子在传送皮带表面分布的均匀性。振动装置可以为电机带动的振动棒，振动棒与传送皮带的下表面，即与用于传送待检测种子的表面，挤压接触。振动装置可以为通电的微型马达，微型马达直接设置在传送皮带的下表面即可。

另外，为实现传送皮带表面上的各所述待检测种子的位置标记，可以在传送皮带表面设置与凹槽对应的位置标识符，位置标识符包括但不限于色标符号。需要说明的是，凹槽与位置标识符之间的对应关系，可以为一个凹槽处设置一个位置标识符，也可以在传送皮带表面上间隔几个凹槽设置一个位置标识符，根据应用环境需求进行设置，本实施例不展开具体论述。

其中，分料器设置在所述传送装置的上方，用于将待检测种子单粒转移至所述传送装置的传送皮带上。

具体而言，为了实现待检测种子的单粒转移，本申请设计的所述分料器包括环形吸盘和滚轮，其中：滚轮沿所述环形吸盘的轴向嵌装在所述环形吸盘内部，用于带动所述环形吸盘转动。

(a)能够实现待检测种子的单粒转移的分料器的一种结构在于：

所述环形吸盘的圆周面上设置有两个吸孔，两所述吸孔之间的圆心角为90°；而所述滚轮内部设置有沿径向分布的两吸气孔，所述吸气孔与所述吸孔一一对应，且所述吸气孔远离所述吸孔的一端连接抽气泵。

需要说明的是，为了实现在环形吸盘的表面借助吸力实现种子的吸附加载，所述吸孔包括凹槽和直孔。凹槽设置在所述环形吸盘圆周面上，用于提供容纳空间以更好的吸附加载待检测种子，所以环形圆周面上的凹槽可以为碗型、蜂窝型、凹半球面型等等。而直孔只起到吸气通道的作用，所以直孔沿所述环形吸盘的径向设置在所述环形吸盘内即可；所述直孔连通所述凹槽。

在实施例的时候，通过依次连接的抽气泵、吸气孔以及吸孔可以实现环形吸盘的外圆周面上吸孔处吸附加载待检测种子的效果，可以设置盛放待检测种子的容器的位置、吸盘的位置、传送皮带的位置和抽气泵提供的吸力的大小，使得环形吸盘经过放待检测种子的容器时因吸力能够吸附加载种子，而转到传送皮带上方时因为吸力的消失而卸载种子，以使得环形转盘能够实现待检测种子的单粒转移。

需要说明的是，在该种结构中，种子在环形转盘表面随环形转盘的转动而转动时，受到吸引力、重力、向心力以及支持力的影响。其中，向心力与环形转盘的转速有关，支持力与种子在环形转盘圆周面上的位置有关，向心力和支持力均不易控制。为了实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。可以通过控制环形转盘的速度，使得向心力远远小于重力和吸引力而可以被忽略不计。在此基础上，在环形转盘的左侧或右侧加载种子，在环形转盘的底部卸载种子；或在环形转盘的底部加载种子，在环形转盘的左侧或右侧卸载种子，均实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。

另外，为了保证通过依次连接的抽气泵、吸气孔以及吸孔提供的对种子的吸力的稳定性，可以把依次连接的抽气泵、吸气孔以及吸孔组成的吸气通道借助密封管的形式实现。具体而言，可以在吸气孔以及吸孔内嵌装一体成型的软管或者硬管，软管或者硬管的一端直接延伸到接近环形圆盘的圆周面以提供吸力吸附加载种子，软管或者硬管的另一端以分别或者合并的方式沿滚轮的轴向伸出连接抽气泵。

以上结构的分料器能够实现待检测种子的单粒转移。

(b)能够实现待检测种子的单粒转移的分料器的另一种结构在于：

所述环形吸盘的圆周面上设置有两个携带板，两所述携带板之间的圆心角为90°；其中，所述携带板是弯折板，且所述弯折板的弯折方向朝向所述环形吸盘。

需要说明的是，在该种结构中，种子在环形转盘表面随环形转盘的转动而转动时，受到携带板的支持力、重力、向心力以及环形转盘的支持力的影响。其中，向心力与环形转盘的转速有关，环形转盘的支持力与种子在环形转盘圆周面上的位置有关，向心力和环形转盘的支持力均不易控制。携带板的支持力与携带板的结构和位置有关，为了实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。可以通过控制环形转盘的速度，使得向心力远远小于重力和吸引力而可以被忽略不计。同时，在此基础上，设计两所述携带板之间的圆心角为90°；且所述携带板是弯折板，且所述弯折板的弯折方向朝向所述环形吸盘。这样，便可以在环形转盘的底部加载种子，在环形转盘的左侧或右侧卸载种子，便实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。

以上结构的携带板可以为弧形弯折板，也可以为直角弯折板。本实施例优选携带板为45°的直角弯折板。

再者，以上两种结构的分料器在使用的时候，为了单位时间内实现更多单粒待检测种子的转移，在实施的时候，可以设置多个环形吸盘，各环形吸盘并排设置，并共同穿设在滚轮上。可以理解的是，适用于多个并排环形吸盘的滚轮是多个完全相同结构的子滚轮沿轴向一体成型得到的，其中，每个子滚轮与每个环形吸盘是一一对应关系。

对应的，每个环形吸盘对应一个传送皮带，多个环形吸盘对应的多个传送皮带并排设置，且多个环形吸盘的排列方向平行多个传送皮带的排列方向，均垂直传送皮带的传送方向，所有传送皮带可以共用两个具有一定间隔距离的传送轮进行滚动传送。以上结构的环形吸盘和传送皮带的设置可以在所有环形吸盘共同转动一圈时实现成倍的单粒待检测种子的转移，增加的倍数为增加的环形吸盘的个数。且该过程中，由于各环形吸盘是垂直传送皮带的传送方向并排设置，且各传送皮带是垂直传送皮带的传送方向并排设置，保证了滚轮转动一周批量转移的种子是空间分开排布的，进而方便后期的单粒分选。

需要说明的是，以上两种结构的环形转盘的角速度w和传送皮带上凹槽之间的距离L以及传送皮带的速度V₂三者之间的关系为：L/V₂＝2π/w，以保证环形转盘每转一周卸载的单粒待检测种子均被卸载到传送皮带表面的凹槽内。需要说明的是，以上所述的凹槽之间的距离L可以为相邻凹槽之间的距离，也可以为多个相邻凹槽在传送皮带表面共同占据的距离长度，可以根据应用场景进行设置。

通过以上结构的分料器结构实现了单粒种子的转移，进而保证了待检测种子在空间，即传送皮带上，呈单粒分布状态。

其中：高光谱检测装置，设置在所述传送皮带上方，并位于所述分料器的一侧，用于对转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子进行高光谱检测，获得各所述待检测种子的活力等级。

具体而言，高光谱检测装置包括信号连接的高光谱相机和数据处理装置，其中，高光谱相机设置在所述传送皮带上方，并位于所述分料器的一侧，用于获得转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子的高光谱图像；数据处理装置，用于接收所述各所述待检测种子的高光谱图像，并根据所述数据处理装置内部存储的光谱与活力等级对应关系数据库获得所述待检测种子的活力等级。

在具体实施时，高光谱相机通过支撑架设置在传送皮带上方，具体为设置在传送皮带上方，且位于分料器的一侧，可以紧邻分料器设置，也可以与分料器设置间隔一定距离设置，为保证空间的集约化和系统的集成化，优选安装高光谱相机的支撑架和安装分料器的支撑架是集成在一体的，高光谱相机紧邻分料器设置。

需要说明的是，高光谱相机一次可以获得一粒种子的高光谱图像，也可以一次获得多粒规则排列的种子的高光谱图像，本实施例优选后者，以一次实现批量种子的活力等级检测。

另外，为了实现高光谱相机的有效地获取待检测种子的光谱数据，可以为高光谱相机提供暗箱工作环境和相匹配的光源。具体的，可以把安装高光谱相机的支撑架设置成底部开口的暗箱，把高光谱相机设置在暗箱的顶部，暗箱内设置与高光谱相机相匹配的光源，待检测种子从位于暗箱底部开口处的传送皮带上经过。

在具体实施时，数据处理装置优选可以运行高光谱数据处理软件的装置，包括但不限于计算机、上位机、现场可编程门阵列FPGA等，数据处理装置内部存储有待测量种子光谱与活力等级对应关系数据库，通过对比和分析，可以快速准确获得待检测种子的活力等级。而上述的高光谱数据处理软件可以为本领域技术人员根据需要基于不同的算法设计的种子活力等级判别模型。举例而言，本领域技术人员根据需要基于不同的算法设计的种子活力等级判别模型包括但不限于：结合Savitzky-Golay(SG)平滑算法、标准正态变量(SNV)和多元散射校正(MSC)对待检测种子对应的光谱(例如874-1740nm)波段内的光谱数据进行去除噪声处理，采用主成分分析法(PCA)、连续投影算法(SPA)进行特征波长选择，基于全波段光谱和基于特征波长分别建立的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型。

其中：多个吹气装置均位于所述高光谱检测装置远离所述分料器的一侧，且沿所述传送皮带的传输方向依次排布在所述传送皮带的上方；其中，沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置的数量等于预设活力等级的等级数。

具体而言，吹气装置包括吹气管道和设置在吹气管道上的控制电磁阀。

在具体实施时，吹气管道一端连接储气罐，另一端位于所述传送皮带的表面，且其端口位于所述传送皮带表面的一侧边处，并平行所述传送皮带的用于传送待检测种子的表面；吹气管道在供气状态下，可以将待检测的种子从传送皮带上沿垂直传送皮带传送方向吹落至收集箱。可以理解的是，吹气管道端口位于所述传送皮带表面一侧边处，是指吹气管道端口位于所述传送皮带表面一垂直传送方向的侧边处，用于将待检测种子从传送皮带上沿垂直传送方向的方向吹落。

为了保证待检测种子在传送皮带上稳定传送而不轻易滑落，但是在吹气管道提供的吹力作用下又被快速吹落，作为本实施例的优选技术方案，所述传送皮带的长度方向的两相对侧均设置有垂直所述传送皮带的护板；所述护板相对所述收集箱位置固定，且所述护板靠近所述收集箱的一侧低于所述传送皮带，所述护板远离所述收集箱的一侧高于所述传送皮带；其中一所述护板上设置有对应各所述收集箱的缺口。

具体而言，即护板紧贴传送皮带设置，但是护板是空间固定的，即护板是相对收集箱是固定的，相对传送皮带是滑动的，且护板上设置有对应每个收集箱的缺口，用于待检测种子在吹气管道提供的吹力作用下，沿对应缺口滑落至对应收集箱。在具体设置的时候，护板可以直接固定设置在收集箱上，并延伸至传送皮带的传送方向的两相对侧，也可以通过悬空支架设置，满足以上设置即可。

另外，对应一条传送皮带，沿传送皮带的传送方向，设置多个依次排布的吹气装置的作用，是为了满足对不同等级的种子提供对应不同收集箱的吹力的作用，所以沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置的数量小于等于预设活力等级的等级数。

需要说明的是，当所述吹气装置的数量等于预设活力等级的等级数时，一个吹气装置负责一个对应等级种子的吹落，吹气装置的编号与种子等级可以根据需要进行设置，并将该设置作为预设对应关系存储在控制装置内，例如：种子活力等级数为3，吹气装置数量为3，且1号吹气装置对应负责吹落1等级种子，2号吹气装置对应负责吹落2等级种子，3号吹气装置对应负责吹落3等级种子。则控制装置内部根据该预设对应关系，根据接收到的检测结果控制对应的吹气装置的控制电磁阀打开，以实现对应等级的待检测种子吹落至对应的收集箱中。

需要说明的是，当所述吹气装置的数量小于预设活力等级的等级数时，可以根据应用场景设置不同的对应关系。所述吹气装置的数量小于预设活力等级的等级数时，吹气装置和等级之间的预设对应关系可以但不限制为：一个吹气装置匹配不同的等级，实现不同等级种子的吹落，实现种子按等级初步分选。例如，设置预设活力等级的等级数为4，分别为1级、2级、3级和4级；设置吹气装置的数量为2，分别为1号吹气装置和2号吹气装置，设置一个吹气装置负责两个等级的种子从传送皮带上吹落的工作模式时，则可以为1号吹气装置负责1级和2级种子的吹落，2号吹气装置负责3级和4级种子的吹落，则预设对应关系则是等级1和等级2对应吹气装置1，等级3和等级4对应吹气装置2。

另外，吹气管道另一端连接的储气罐可以为带压力表的储气罐，压力表用于观察储气罐中的气压，且储气罐连接吹气管道的管路上可以设置减压阀和定制器，以保证储气罐能够稳定的输出气源。当吹气管道上的控制电磁阀打开时，稳定的气源可以将对应活力等级的种子吹落至对应收集箱中。

储气罐可以通过空气压缩机获得气源，具体而言，储气罐通过带单向阀的管道连接空气压缩机，若储气罐上方的压力表显示的气压高于所需气压则停止气体的输入，反之则通过空气压缩机继续输入气体。

以上过程描述的对应一条传送皮带的多个传送吹气装置的空间位置关系的设置的基本原则为：所有吹气装置沿传送皮带长度方向占据的总长度小于等于传送皮带上相邻两列的待检测种子之间的距离。以保证，吹气装置先实现一列待检测种子的吹气分选完成之后，在逐一进行每一列待检测种子的吹气分选。

另外，以上过程中，描述的对应一条传送皮带的多个传送吹气装置成空间分开排布的特点、待检测种子在传送皮带上单粒间隔分布、多个吹气装置对应不同的种子活力等级的设置，共同相互作用，能够保证待检测种子在呈现空间单粒分布的状态下，借助采用空间分布排列的多个吹气装置，按照被判定的活力等级按需被吹落至对应等级的收集箱，保证了待检测种子是一粒一粒的被准确分选，进而保证了使得不同活力等级种子的分选结果具有更好的准确度和精度。可以广泛的用于种子筛选，并可推广至工业化。

其中：多个收集箱用于收集不同等级的种子。

具体而言，一个收集箱可以收集一个活力等级的种子，也可以收集两个相邻活力等级的种子。在具体实施的时候，设置多个收集箱，收集箱的数量大于等于吹气装置的数量。需要说明的是，这里所述吹气装置的数量是指对应一传送皮带且沿一传送皮带的传送方向分布的吹气装置的数量，且所述收集箱位于所述传送皮带的下方，并沿所述传送皮带的传输方向依次排布。

当收集箱的数量大于吹气装置的数量，可以根据需要设置一个收集箱对应一个或者一个以上的吹气装置，或者，设置收集箱的数量比吹气装置的数量多一个，多出的一个收集箱用于收集在传送皮带的端部自由滑落的种子。当收集箱的数量等于吹气装置的数量，则一个收集箱对应一个吹气装置。

其中：控制装置用于根据预设的活力等级与吹气装置的控制电磁阀之间的对应关系控制控制吹气装置实现不同等级种子的分选。

具体而言，控制装置的输入端连接所述高光谱检测装置的输出端，其输出端连接所述吹气装置的控制电磁阀，以根据目标种子的活力等级控制相应等级的所述吹气装置的控制电磁阀打开，将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内；其中：所述目标种子是将传输至所述收集箱上方的所述待检测种子。

在具体实施的时候，控制装置可以为PLC控制器，接收高光谱检测装置提供的活力等级参数，根据该参数以及预设对应关系控制对应吹气装置的控制电磁阀的打开与关闭与否。由于PLC控制器接收指令，根据指令和预设关系输出指令，属于PLC控制器的常规设计，在此并不做详细展开描述。

作为本实施例的优选技术方案，本自动化单粒种子活力分选系统还包括：位置检测装置，设置在所述传送皮带的上方，且位于所述吹气装置靠近所述高光谱检测装置的一侧，用于监测所述目标种子；所述位置检测装置的输出端连接所述控制装置。

控制装置根据位置检测装置的输出结果确定什么时候执行打开所需要打开的吹气装置的电磁阀。

在具体实施的时候，位置监测装置可以通过设置在传送皮带上的位置标识符和设置在传送皮带上的标识符检测装置实现。位置标识符例如但不限于色标符号，标识符检测装置例如但不限于颜色传感器、光敏传感器等。

为了进一步的提高自动化单粒种子活力分选系统的自动化特点，可以设置上料箱和交互控制触摸屏，其中，上料箱设置在分料器上方，用于自动获得待检测种子并将待检测种子提供给分料器。分料器的转速、传送皮带的转速可以根据需要相对应的调整即可。

而设置的交互控制触摸屏用于通过触摸操作控制上料箱、分料器的转速调整、传送皮带的转速调整等。在此不做详细的展开论述。

综上，本实施例提供的一种自动化单粒种子活力分选系统，不仅可以实现待检测种子的单粒排布，而且在待检测种子呈单粒分布的情况下，借助高光谱检测装置这一能够提供精度检测结果的检测手段，进行单粒种子的分选控制，使得分选结果具有更好的准确度和精度。可以广泛的用于种子筛选，并可推广至工业化。

实施例2：

本实施例公开了一种具体的单粒种子活力分选系统，请参阅图1、图2和图3所示，单粒种子活力分选系统包括：触摸屏1、上料箱2、分料器3、传送装置4、高光谱相机5、PC机、吹气装置6、收集箱7和控制装置8。其中：触摸屏1、上料箱2、分料器3、传送装置4、吹气装置6和控制装置8均称为该系统的机械电学装置。

触摸屏1用于选择和显示机械电学装置的各个功能和工作状态。

上料箱2用于盛放待检测活力的种子，所述种子包括一切农作物种子，不限制体积和质量；当所述系统通电开始工作时，选择触摸屏1上“上料”功能，待检测种子从上料箱2进入分料器3中。

分料器3用于将种子精准地散落至传送装置4的传送皮带上。所述传送装置4包括相对设置的具有一定间距的两传送轮和绕设在两所述传送轮上的被用来传送待检测种子的环形的传送皮带。

具体的，所述分料器3包括10个并排设置的吸盘，吸盘的排列方向垂直传送皮带的方形，所述并行排列的吸盘可以极大限度地节约机械占用的空间，使得同时检测活力的种子数增加，提高了种子活力分选的效率。10个并排设置的吸盘通过一个滚轮共同带动转动，吸盘的表面可以在特定位置加载种子，并可以在特定位置卸载种子，以实现种子的按需转移。

举例来说，为了通过吸盘实现待检测种子的单粒转移，本申请设计的所述分料器3包括环形吸盘和滚轮，其中：滚轮沿所述环形吸盘的轴向嵌装在所述环形吸盘内部，用于带动所述环形吸盘转动。

以上结构的分料器3能够实现单粒待检测种子的转移对应的环形吸盘的结构如下：

所述环形吸盘的圆周面上设置有两个吸孔，两所述吸孔之间的圆心角为90°；而所述滚轮内部设置有沿径向分布的两吸气孔，所述吸气孔与所述吸孔一一对应，且所述吸气孔远离所述吸孔的一端连接抽气泵。

在实施例的时候，通过依次连接的抽气泵、吸气孔以及吸孔可以实现环形吸盘的外圆周面上吸孔处吸附加载待检测种子的效果，可以设置盛放待检测种子的容器的位置、吸盘的位置、传送皮带的位置和抽气泵提供的吸力的大小，使得环形吸盘经过盛放待检测种子的容器时因吸力能够吸附加载种子，而转到传送皮带上方时因为吸力的消失而卸载种子，以使得环形转盘能够实现待检测种子的单粒转移。

需要说明的是，在该种结构中，种子在环形转盘表面随环形转盘的转动而转动时，受到吸引力、重力、向心力以及支持力的影响。其中，向心力与环形转盘的转速有关，支持力与种子在环形转盘圆周面上的位置有关，向心力和支持力均不易控制。为了实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。可以通过控制环形转盘的速度，使得向心力远远小于重力和吸引力而可以被忽略不计。在此基础上，在环形转盘的左侧或右侧加载种子，在环形转盘的底部卸载种子；或在环形转盘的底部加载种子，在环形转盘的左侧或右侧卸载种子，均实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。

另外，为了保证通过依次连接的抽气泵、吸气孔以及吸孔提供的对种子的吸力的稳定性，可以把依次连接的抽气泵、吸气孔以及吸孔组成的吸气通道借助密封管的形式实现，具体而言，可以在吸气孔以及吸孔内嵌装一体成型的软管或者硬管，软管或者硬管的一端直接延伸到接近环形圆盘的圆周面以提供吸力加载种子，软管或者硬管的另一端以分别或者合并的方式沿滚轮的轴向伸出连接抽气泵。

在使用的时候，抽气泵可以采用真空泵，真空泵的动力由直流电机提供，所述直流电机输出4mA-20mA的直流电；在触摸屏1上可选择直流电的大小，并通过预设的电流值和真空度开度的对应关系设置真空泵的吸气量。例如但不限于4mA对应所述真空泵0开度，20mA对应所述真空泵100％开度等。

而带动环形吸盘转动的滚轮通过皮带与电机连接，电机转速可根据不同作物种子的质量和体积的大小调节，保障不同品种的种子均能精准地掉落至传送皮带上。

当环形吸盘上的两所述吸孔之间的圆心角为90°，在环形转盘的左侧或右侧加载种子，在环形转盘的底部卸载种子；或在环形转盘的底部加载种子，在环形转盘的左侧或右侧卸载种子，均实现种子在环形转盘圆周面上的准确加载和卸载。当环形吸盘在电机作用下开始转动270°时，已被加载的种子被卸载。环形吸盘每转过360°，就有2颗种子掉落至送皮带；当设置分料器3由10个并排的吸盘构成时，环形吸盘旋转一周，共有20颗种子掉落至传送皮带。

传送装置4，用于传送待检测种子。所述传送装置4包括相对设置的具有一定间距的两传送轮和绕设在两所述传送轮上的被用来传送物体的环形的传送皮带。本实施例中设置多条并行排列传送皮带，共计10根，10根传送皮带通过两个传送轮带动，提高了单位时间传输种子的个数。传送皮带由橡胶制成。

另外，在设置的时候，可以在传送皮带上设置护板，保障种子在传送过程中，不会不受控制的滑落出传送皮带。但是护板上可以针对性设置缺口，用于种子的受控滑出。

另外，为保证种子能够相对传送皮带位置稳定，在传送皮带皮上设有窝孔，每个传送皮带上沿传送皮带的传输方向均匀地排列2列圆形窝孔，每一列均包括均匀间隔设置的多个圆形窝孔，两列窝孔沿垂直传送方向一一对应呈排设置；所述窝孔直径可以根据待检测种子的直径设置，例如但不限于窝孔直径优选为3mm，该窝孔直径适用于大部分植物种子，两相邻排的窝孔间隔在制作传送皮带是预设设置好的，然后根据该间隔调整滚轮转速和传送皮带速度，以保证分料器3的环形吸盘每转动一周卸载的两个待检测种子是下落至两相邻或者有间隔的两排窝孔内。本实施例以分料器3的环形吸盘每转动一周卸载的两个待检测种子是下落至两相邻两排窝孔为例。

另外，可以在传送皮带上的每一排窝孔处对应设置一个色标符号作为位置标识符，也可以在传送皮带上的每间隔几排窝孔处设置一个色标符号作为位置标识符，位置标识符用于在待检测种子传送皮带上的传输过程中精准定位待检测种子和/或目标种子。本实施例以传送皮带上的每一排窝孔处对应设置一个色标符号作为位置标识符为例。环形转盘的角速度w和传送皮带上凹槽之间的距离L的以及传送皮带的速度V₂三者之间的关系为：L/V₂＝2π/w，以保证环形转盘每转一周卸载的单粒待检测种子均被卸载到传送皮带表面的凹槽内。

进一步的，所述传送皮带底部装有振动装置，振动装置优选小型马达振动器，小型马达振动器可通过振动将种子整齐的排列在传送皮带内，便于高光谱相机5的采样。振动幅度可通过调节马达振动器的电流的大小来控制。不同类型的种子，应选择不同的振动幅度。

高光谱相机5用于采集种子表面的信息并传送至上位机；所述高光谱相机5放置在检测箱正上方；检测箱放置在传送皮带的上方，并位于分料器3的一侧。所述检测箱中安装有照明装置，光源性能稳定，检测箱内无镜面反射，避免了各种杂光干扰。

所述检测箱沿传送皮带传输方向的两侧壁上分别设有第一传感器和第二传感器；第一传感器设置在检测箱靠近所述分料器3的侧壁上，用于监测待检测种子是否进入检测箱。所述第二传感器设置在检测箱远离所述分料器3的侧壁上，用于检测待检测装置是否从检测箱出去。且在检测箱远离分料器3的一侧设置有第三传感器，第三传感器充当位置标识符监测装置的作用。第三传感器的位置由吹气装置6和收集箱7的位置决定，用于监测种子目标种子是否进入吹气装置6和收集装置所在的垂直区域，所以第三传感器位于吹气装置6和收集装置所在的垂直区域靠近分料器3的一侧的边缘处。

需要说明的是，吹气装置6包括吹气管道61和设置在吹气管道61上的控制电磁阀62，沿着每条传送皮带的传送方向均设置有多个吹气装置6。对应一条传送皮带的多个传送吹气装置6的空间位置关系的设置的基本原则为：所有吹气装置6沿传送皮带长度方向占据的总长度小于等于传送皮带上相邻两列的待检测种子之间的距离。以保证，吹气装置6先实现一列待检测种子的吹气分选完成之后，再逐一进行每一列待检测种子的吹气分选。本实施例以所有吹气装置6沿传送皮带长度方向占据的总长度等于传送皮带上相邻两列的待检测种子之间的距离为例。

当检测箱沿传送皮带的传送方向的宽度等于4排窝孔的间距时，第一传感器、第二传感器、第三传感器和控制装置8(在这里，控制装置8为基于PLC计数器的PLC控制器，且控制装置8也用于控制触发高光谱相机5的信号采集)的配合为：

当第一传感器接收到色标信号时，触发高光谱相机5拍摄第一帧图像同时触发第二传感器开始工作和PLC计数器开始工作；第二传感器每接收一次色标信号，PLC计数器计数1次，当计数次数到4时，PLC控制器触发高光谱相机5拍摄第二帧图像；然后，PLC计数器每次计数至4的倍数时，PLC控制装器触发高光谱相机5拍摄一帧图像；每帧图像包含40颗种子的特征信息。同时，该过程中，并根据PLC计数器记录的数据对待检测种子进行编号，所述图像经过图像采集卡上传至PC机中。PC机用于存储和处理图像信息，并将所述高光谱相机5拍摄的图像进行处理，得到种子活力信息，且与PC机中存储的种子活力参考等级对比。

在本实施例中，所述种子活力参考等级共计3级；PC机将种子进行活力分选后将分选信息发送至PLC控制器；另外，当第二传感器每接收一次色标信号，PC机从内存按照待检测种子的编号抽取数据，每次收取一排10个待检测种子的光谱数据处理并根据PC机根据内部存储的活力信息和活力等级的对应关系获得不同批次的种子活力等级信息，当第三传感器每接收一次色标信号，PLC控制器结合待检测种子的编号获得相应批次的种子活力等级信息，并给活力等级相对应的吹气装置6的控制电磁阀62赋高/或低电平信号。其中：第二传感器和第三传感器之间的距离大于等于传送皮带上两个相邻色标信号之间的距离。

多个吹气装置6均位于所述高光谱检测装置远离所述分料器3的一侧，且沿所述传送皮带的传输方向依次排布在所述传送皮带的上方；其中，沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置6的数量等于预设活力等级的等级数。

具体而言，吹气装置6包括吹气管道61和设置在吹气管道61上的控制电磁阀62。

在具体实施时，吹气管道61一端连接储气罐，另一端位于所述传送装置4的传送皮带的表面，且其端口位于所述传送皮带表面一侧边处，并平行所述传送皮带的传送待检测种子的表面；吹气管道61在供气状态下，可以将待检测的种子从传送皮带上沿垂直传送皮带传送方向吹落至收集箱7。可以理解的是，吹气管道61端口位于所述传送皮带表面一侧边处，是指吹气管道61端口位于所述传送皮带表面一垂直传送方向的侧边处，用于将待检测种子从传送皮带上沿垂直传送方向的方向吹落。

在本实施例中，当所述控制电磁阀62在接到高信号电平时，控制电磁阀62打开，吹气管道61开始吹气。未接到信号时，控制电磁阀62关闭。在本实施例中，为了减少吹气装置6增多带来的控制麻烦程度的增加，采用吹气装置6的数量小于收集箱7数量的设置方式。具体的，所述每条传送皮带下方设置3个收集箱7，分别为3号收集箱7、2号收集箱7、1号收集箱7，在传送皮带上方设置2个吹气装置6，分别为3号吹气装置6、2号吹气装置6；其中3号收集箱7对应3号吹气装置6，2号收集箱7对应2号吹气装置6。当设置10条传送皮带时，每条传送皮带上方均设置3号吹气装置6和2号吹气装置6，所以共有20个吹气装置6，对应的有20个控制电磁阀62需要控制；每个控制电磁阀62对应1个PLC控制器内的地址。

综上，本实施例提供的自动化单粒种子活力分选系统，该自动化单粒种子活力分选系统不仅可以实现待检测种子的单粒分布，更在待检测种子满足单粒分布的情况下，借助高光谱检测装置这一能够提供精度检测结果的检测手段，进行单粒种子的分选控制，使得分选结果具有更好的准确度和精度。可以广泛的用于种子筛选，并可推广至工业化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述自动化单粒种子活力分选系统包括：

传送装置，用于传送待检测种子；

分料器，设置在所述传送装置的上方，用于将待检测种子单粒转移至所述传送装置的传送皮带上；

高光谱检测装置，设置在所述传送皮带的上方，并位于所述分料器的一侧，用于对转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子进行高光谱检测，获得各所述待检测种子的活力等级；

多个吹气装置，各所述吹气装置均位于所述高光谱检测装置远离所述分料器的一侧，且沿所述传送皮带的传输方向依次排布在所述传送皮带的上方；其中，沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置的数量小于等于预设的活力等级的等级数；

多个收集箱，所述收集箱均位于所述传送皮带的下方，且与沿所述传送皮带的传输方向依次排布的所述吹气装置对应设置；

控制装置，其输入端连接所述高光谱检测装置的输出端，其输出端连接所述吹气装置的控制电磁阀，以根据目标种子的活力等级控制相应等级的所述吹气装置的控制电磁阀打开，将所述目标种子吹入对应的所述收集箱内；其中：所述目标种子是将传输至所述收集箱上方的所述待检测种子。

2.根据权利要求1所述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述传送皮带用于传送所述待检测种子的表面设置有沿传送方向均匀排布的凹槽。

3.根据权利要求1所述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述传送皮带的与用于传送所述待检测种子的表面相对的一面设置有振动装置；

所述振动装置用于带动所述传送皮带振动。

4.根据权利要求1所述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述传送皮带的长度方向的两相对侧均设置有垂直所述传送皮带的护板；

所述护板相对所述收集箱位置固定，且所述护板靠近所述收集箱的一侧低于所述传送皮带，所述护板远离所述收集箱的一侧高于所述传送皮带；

其中一所述护板上设置有对应各所述收集箱的缺口。

5.根据权利要求1所述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述分料器包括：

环形吸盘，所述环形吸盘的圆周面上设置有两个吸孔，两所述吸孔之间的圆心角为90°；

滚轮，沿所述环形吸盘的轴向嵌装在所述环形吸盘内部，用于带动所述环形吸盘转动；

所述滚轮内部设置有沿径向分布的两吸气孔，所述吸气孔与所述吸孔一一对应，且所述吸气孔远离所述吸孔的一端连接有抽气泵。

6.根据权利要求5所述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述吸孔包括：

凹槽，设置在所述环形吸盘圆周面上；

直孔，沿所述环形吸盘的径向设置在所述环形吸盘内；

所述直孔连通所述凹槽。

7.根据权利要求1所述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述分料器包括：

环形吸盘，所述环形吸盘的圆周面上设置有两个携带板，两所述携带板之间的圆心角为90°；其中，所述携带板是弯折板，且所述弯折板的弯折方向朝向所述环形吸盘；

滚轮，沿所述环形吸盘的轴向嵌装在所述环形吸盘内部，用于带动所述环形吸盘转动。

8.根据权利要求1述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述高光谱检测装置包括：

高光谱相机，设置在所述传送皮带上方，并位于所述分料器的一侧，用于获得转移到所述传送皮带上的各所述待检测种子的高光谱图像；

数据处理装置，用于接收各所述待检测种子的高光谱图像，并根据所述数据处理装置内部存储的光谱与活力等级对应关系数据库获得所述待检测种子的活力等级。

9.根据权利要求1述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述吹气装置包括：

吹气管道，一端连接储气罐，另一端位于所述传送皮带的表面，且其端口位于所述传送皮带表面一侧边处，并平行所述传送皮带的传送待检测种子的表面；

控制电磁阀，设置在所述吹气管道上，且所述控制电磁阀电连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下打开或者断开所述吹气管道内的气流。

10.根据权利要求1述的自动化单粒种子活力分选系统，其特征在于，所述自动化单粒种子活力分选系统还包括：

位置检测装置，设置在所述传送皮带的上方，且位于所述吹气装置靠近所述高光谱检测装置的一侧，用于监测所述目标种子；

所述位置检测装置的输出端连接所述控制装置。