CN111044479A - 一种果蔬与土石块识别光谱传感器 - Google Patents

一种果蔬与土石块识别光谱传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种果蔬与土石块识别光谱传感器，包括：电源模块，用于供电；第一红外发射模块、第二红外发射模块，分别与电源模块相连通，用于向果蔬和土石块发射出不同波长范围的红外线；第一红外接收模块、第二红外接收模块，分别与第一红外发射模块、第二红外发射模块相匹配，用于接收经过果蔬和土石块吸收后反射回来的红外线，并根据果蔬和土石块反射回来的强度，相应的形成反射强度信号；以及MCU模块，与第一红外接收模块和第二红外接收模块相连通，用于接收反射强度信号，并处理为识别果蔬、土石块信息的识别信息信号。本发明根据果蔬、土石块对不同波长红外线的吸收反射比不同，快速准确的识别果蔬、土石块并统计出数量。

Description

一种果蔬与土石块识别光谱传感器
技术领域
本发明涉及光谱发射领域，尤其涉及一种果蔬与土石块识别光谱传感器。
背景技术
随着农业发展，机械化作业的应用越来越广泛，采用机械大规模收获农作物时，农作物中经常会混有大量土块、石块等杂物。
目前，主要依靠人工对混合物中的果蔬与杂物进行分拣，工作效率较低、劳动强度大、劳动成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用红外线识别果蔬与土块、石块的果蔬与土石块识别光谱传感器。
为实现上述目的，本发明的一种果蔬与土石块识别光谱传感器的具体技术方案为：
一种果蔬与土石块识别光谱传感器，包括：电源模块，用于供电；第一红外发射模块、第二红外发射模块，分别与电源模块相连通，用于向果蔬和土石块发射出不同波长范围的红外线；第一红外接收模块、第二红外接收模块，分别与第一红外发射模块、第二红外发射模块相匹配，用于接收经过果蔬和土石块吸收后反射回来的红外线，并根据果蔬和土石块反射回来的强度，相应的形成反射强度信号；以及MCU模块，与第一红外接收模块和第二红外接收模块相连通，用于接收第一红外接收模块和第二红外接收模块的反射强度信号，并处理为识别果蔬、土石块信息的识别信息信号，以识别出果蔬和土石块。
进一步，第一红外发射模块，用于向果蔬和土石块发射出第一红外线；第一红外接收模块与第一红外发射模块相匹配，第一红外线经过果蔬、土石块吸收反射后，第一红外接收模块用于接收反射回来的第一红外线，根据第一红外接收模块接收到的果蔬对于第一红外线的反射强度高于土石块的反射强度的情况，形成第一反射强度信号；第一红外接收模块连接有第一红外灵敏度调节电路，第一红外灵敏度调节电路用于调节第一红外接收模块对接收到的第一红外线的灵敏度。
进一步，第二红外发射模块用于向果蔬和土石块发射出第二红外线；第二红外接收模块与第二红外发射模块相匹配，第二红外线经过果蔬、土石块吸收反射后，第二红外接收模块用于接收反射回来的第二红外线，根据第二红外接收模块接收到果蔬对于第二红外线的反射强度低于土石块的反射强度的情况，形成第二反射强度信号；第二红外接收模块连接有第二红外灵敏度调节电路，第二红外灵敏度调节电路用于调节第二红外接收模块对接收到的第二红外线的灵敏度。
进一步，第一红外发射模块发射的第一红外线的波长范围为760nm～1300nm。
进一步，第二红外发射模块发射的第二红外线的波长范围为1300nm～2500nm。
进一步，MCU模块与指示灯电路、模拟量输出电路、开关量输出电路相连通，并将识别信息信号输出给指示灯电路、模拟量输出电路、开关量输出电路。
进一步，指示灯电路包括动作指示灯、通讯模块指示灯、正常工作指示灯。
进一步，开关量输出电路与常开常闭调节电路相连通。
进一步，MCU模块通过RS-485通讯模块、无线WIFI通讯模块与计算机、手持设备相连通。
本发明的一种果蔬与土石块识别光谱传感器的优点在于，能够在农作物收获时，尤其是采用机械化生产大规模收获时，针对容易掺杂大量土石块的情况，利用果蔬、土石块对不同波长红外线的吸收、反射比不同这一原理，本发明能够快速、准确的识别出果蔬与土石块，实现对果蔬、土石块分别计数、总数计数等并将检测结果输出，并利用机械装置剔除果蔬中混入的土石块等杂物，减少人工、降低成本、提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的识别光谱传感器的结构示意图。
图中：11、第一红外发射模块；12、第一红外接收模块；13第一红外灵敏度调节电路；21、第二红外发射模块；22、第二红外接收模块；23、第二红外灵敏度调节电路；3、MCU模块；4、电源模块。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种果蔬与土石块识别光谱传感器做进一步详细的描述。
如图1所示，其示为本发明的一种果蔬与土石块识别光谱传感器，包括电源模块4、第一红外发射模块11、第一红外接收模块12、第二红外发射模块21和第二红外接收模块22。其中，第一红外发射模块11、第一红外接收模块12、第二红外发射模块21和第二红外接收模块22分别与电源模块4相连通，第一红外发射模块11和第二红外发射模块21用于向果蔬和土石块发射出不同波长范围的红外线。第一红外接收模块、第二红外接收模块，分别与第一红外发射模块、第二红外发射模块相匹配，用于接收通过第一红外发射模块和第二红外发射模块向果蔬和土石块发射并经过果蔬和土石块吸收后反射回来的红外线，根据果蔬和土石块反射回来的红外线信号强度，相应的形成反射强度信号。
本发明的一种果蔬与土石块识别光谱传感器还包括MCU模块3(多点控制单元)，MCU模块3分别与第一红外接收模块和第二红外接收模块相连通，用于接收第一红外接收模块和第二红外接收模块的反射强度信号，处理为识别果蔬、土石块信息的识别信息信号。
本发明利用果蔬、土块、石块对不同波长红外线吸收、反射比不同的这一原理，采用第一红外发射模块和第二红外发射模块发出两种不同波长红外线照射被测物体(果蔬和土石块)，同时检测两种波长红外线反射回来的强度，再通过相应数学模型计算，实现在果蔬、土石块混合物中识别出果蔬与土石块并输出检测结果，并且能够针对不同果蔬，通过调整数学模型及相关参数以实现较好的识别效果。
进一步，电源模块为10～30V电压从电源模块+、-端子输入，经电源模块后，为其它电路模块供电。
进一步，第一红外发射模块11用于向果蔬和土石块发射出第一红外线。具体来说，在本发明中优选第一红外发射模块11发射的第一红外线的波长范围为760nm～1300nm，红外线波长在760nm～1300nm范围内时，果蔬对于第一红外线的反射强度高于土石块的反射强度。
并且，第一红外接收模块12与第一红外发射模块11相匹配，第一红外发射模块11与第一红外接收模块12均为漫反射型，第一红外线经过果蔬、土石块吸收反射后，第一红外接收模块12接收果蔬、土石块反射回来的第一红外线。根据第一红外接收模块12接收到的反射红外线信号强度不同，在第一红外线的波长范围(760nm～1300nm)内果蔬对于第一红外线的反射强度高于土石块的反射强度的情况，第一红外接收模块12形成第一反射强度信号。
并且，第一红外接收模块12连接有第一红外灵敏度调节电路13，包括旋钮，通过控制旋钮调节第一红外接收模块12对接收到的第一红外线的灵敏度。
进一步，第二红外发射模块21用于向果蔬和土石块发射出第二红外线。具体来说，在本发明中优选第二红外发射模块21发射的第二红外线的波长范围为1300nm～2500nm，红外线波长在1300nm～2500nm范围内时，土石块对第二红外线的反射强度较高，果蔬对于第二红外线的反射强度低于土石块的反射强度。
并且，第二红外接收模块22与第二红外发射模块21相相匹配，第二红外发射模块21与第二红外接收模块22均为漫反射型，第二红外线经过果蔬、土石块吸收反射后，第二红外接收模块22接收反射回来的第二红外线。根据第二红外接收模块22接收到的反射红外线信号强度不同，在第二红外线的波长范围(1300nm～2500nm)内果蔬对于第二红外线的反射强度低于土石块的反射强度的情况，第二红外接收模块22形成第二反射强度信号。
并且，第二红外接收模块22连接有第二红外灵敏度调节电路23，包括旋钮，通过控制旋钮调节第二红外接收模块22对接收到的第二红外线的灵敏度。
进一步，MCU模块3采用低功耗单片机，用于接收第一红外接收模块和第二红外接收模块的反射强度信号，并将第一反射强度信号和第二反射强度信号处理为识别信息信号，识别出果蔬和土石块信息。本发明利用果蔬、土块、石块对不同波长红外线吸收、反射比不同的这一原理，根据第一反射强度信号和第二反射强度信号通过相应数学模型计算，处理为识别果蔬、土石块信息的识别信息信号，得到果蔬、土石块的相关信息，从而进一步实现在果蔬、土石块混合物中识别出果蔬与土石块，并输出检测结果。
进一步，MCU模块3与指示灯电路、模拟量输出电路、开关量输出电路相连通，将识别信息信号输出给指示灯电路、模拟量输出电路、开关量输出电路。并且，MCU模块通过RS-485通讯模块、无线WIFI通讯模块与计算机及手持设备相连进行通讯。其中，RS-485通讯模块为MCU模块与计算机通讯接口；无线WIFI通讯模块为MCU模块与手持设备间无线通讯接口。
其中，指示灯电路包括动作指示灯、通讯模块指示灯、正常工作指示灯。动作指示灯指示开关量信号S2、S3是否有输出，通讯模块指示灯指示RS-485通讯模块、无线WIFI通讯模块是否正常工作、正常工作指示灯指示光谱传感器是否为正常工作状态。模拟量输出电路输出模拟信号S1，模拟信号S1为第一红外接收模块、第二红外接收模块接收到的两种波长红外线反射信号经MCU模块根据数学模型处理后的标准4～20mA模拟信号。
进一步，开关量输出电路输出开关量信号S2、S3，开关量信号S2输出与果蔬相关的开关信号，开关量信号S3输出与土石块相关的开关信号，通过对S2、S3计数，能够统计果蔬数量、土石块数量及两者总数量。
进一步，开关量输出电路与常开常闭调节电路相连通，常开常闭调节电路用于调节输出开关量信号S2、S3常开/常闭状态。
本发明的一种果蔬与土石块识别光谱传感器，能够在农作物收获时，尤其是采用机械化生产大规模收获时，针对容易掺杂大量土石块的情况，利用果蔬、土石块对不同波长红外线的吸收、反射比不同这一原理，本发明能够快速、准确的识别出果蔬与土石块，实现对果蔬、土石块分别计数、总数计数等并将检测结果输出，并利用机械装置剔除果蔬中混入的土石块等杂物，减少人工、降低成本、提高生产效率。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，包括：
电源模块，用于供电；
第一红外发射模块、第二红外发射模块，分别与电源模块相连通，用于向果蔬和土石块发射出不同波长范围的红外线；
第一红外接收模块、第二红外接收模块，分别与第一红外发射模块、第二红外发射模块相匹配，用于接收经过果蔬和土石块吸收后反射回来的红外线，并根据果蔬和土石块反射回来的强度，相应的形成反射强度信号；以及
MCU模块，与第一红外接收模块和第二红外接收模块相连通，用于接收第一红外接收模块和第二红外接收模块的反射强度信号，并处理为识别果蔬、土石块信息的识别信息信号，以识别出果蔬和土石块。
2.根据权利要求1所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，第一红外发射模块，用于向果蔬和土石块发射出第一红外线；第一红外接收模块与第一红外发射模块相匹配，第一红外线经过果蔬、土石块吸收反射后，第一红外接收模块用于接收反射回来的第一红外线，根据第一红外接收模块接收到的果蔬对于第一红外线的反射强度高于土石块的反射强度的情况，形成第一反射强度信号；第一红外接收模块连接有第一红外灵敏度调节电路，第一红外灵敏度调节电路用于调节第一红外接收模块对接收到的第一红外线的灵敏度。
3.根据权利要求2所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，第二红外发射模块用于向果蔬和土石块发射出第二红外线；第二红外接收模块与第二红外发射模块相匹配，第二红外线经过果蔬、土石块吸收反射后，第二红外接收模块用于接收反射回来的第二红外线，根据第二红外接收模块接收到果蔬对于第二红外线的反射强度低于土石块的反射强度的情况，形成第二反射强度信号；第二红外接收模块连接有第二红外灵敏度调节电路，第二红外灵敏度调节电路用于调节第二红外接收模块对接收到的第二红外线的灵敏度。
4.根据权利要求3所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，第一红外发射模块发射的第一红外线的波长范围为760nm～1300nm。
5.根据权利要求4所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，第二红外发射模块发射的第二红外线的波长范围为1300nm～2500nm。
6.根据权利要求5所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，MCU模块与指示灯电路、模拟量输出电路、开关量输出电路相连通，并将识别信息信号输出给指示灯电路、模拟量输出电路、开关量输出电路。
7.根据权利要求6所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，指示灯电路包括动作指示灯、通讯模块指示灯、正常工作指示灯。
8.根据权利要求6所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，开关量输出电路与常开常闭调节电路相连通。
9.根据权利要求6所述的果蔬与土石块识别光谱传感器，其特征在于，MCU模块通过RS-485通讯模块、无线WIFI通讯模块与计算机、手持设备相连通。
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