基于RCS3200的棉籽分級系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與試驗

張洪洲　劉建萍　白建國　等

摘要：為了提高脫絨棉籽清選分級的精度，設(shè)計了一種基于顏色傳感器的脫絨棉籽分級系統(tǒng)。通過RGB三基色傳感器RCS3200對棉籽的外部三基色信息進行采集，單片機控制傳感器采樣，并對采集來的信息進行去噪處理，確定棉籽的等級，單片機作出相應(yīng)的決策，控制氣流裝置，將棉籽打入相應(yīng)的等級箱。結(jié)果表明，該棉籽分級系統(tǒng)有很強實用性。

關(guān)鍵詞：棉籽；RCS3200；分級系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號： S24；S226.5文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0386-01

收稿日期：2014-02-21

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：11242012）；塔里木大學(xué)校長基金（編號：TDZKSSZD201304）。

作者簡介：張洪洲（1982—），男，吉林長春人，碩士，講師，研究方向為智能檢測與控制、農(nóng)業(yè)自動化與信息化。 E-mail：309011160@qq.com。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)是以棗、棉為主的多樣性農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)[1-2]。隨著棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，兵團棉花產(chǎn)量多年來一直排在全國前列[3-4]。作為棉花副產(chǎn)品的棉籽，其用途越來越廣泛，如育種、榨油、加工飼料等，其實用價值越來越高；但是由于自然條件等因素的影響，棉籽的品質(zhì)千差萬別。棉籽的真實性和純度是棉籽品質(zhì)的重要組成部分，而現(xiàn)有的技術(shù)條件對鑒別棉籽的真實性和純度效果一般，棉籽的真實品質(zhì)不能得以體現(xiàn)[5]，直接影響到棉籽的合理利用，造成很大損失，而且這種損失又很難控制。研究著重介紹一款采用RCS3200傳感器為采集裝置的棉籽分級系統(tǒng)，對于改進現(xiàn)有棉籽的機械特性等原理的分級方法，推進棉籽智能化清選分級技術(shù)的發(fā)展有重要意義。

1分級系統(tǒng)原理

1.1設(shè)計思想

植物的外部顏色特征與其生長發(fā)育特性具有密切相關(guān)性[6-8]。根據(jù)經(jīng)驗可知，成熟的脫絨棉籽接近黑色，而未成熟的脫絨棉籽接近紅棕色；RCS3200可采集物體外部的三基色信息，因此，采集棉籽的外部顏色信息，經(jīng)過信號處理，就可以達到分級目的。

1.2工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對現(xiàn)有的棉籽外部顏色信息的特點，提出了一種以RCS3200為采集信息核心的棉籽分級控制方案，該系統(tǒng)由顏色傳感器、單片機、鍵盤、顯示、輸送帶控制、等級氣流控制等部分組成。啟動時顏色傳感器驅(qū)動程序初始化，白平衡調(diào)整，由行列式鍵盤向單片機輸入棉籽的3個等級的顏色信息特征值區(qū)間，單片機控制傳感器采集棉籽的顏色信息，然后進行信號處理，確定該棉籽的等級，當輸送帶將該棉籽送到相應(yīng)的等級氣流設(shè)備位置時，單片機控制氣流裝置將該棉籽掃入相應(yīng)的等級回收箱內(nèi)，并且在顯示屏上實時顯示出棉籽的分級情況。

2分級系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)單元設(shè)計

系統(tǒng)主要由顏色信息采集部分、決策與執(zhí)行部分、屏顯部分等組成。

顏色信息采集單元采用RGB三基色傳感器RCS3200來實現(xiàn)對棉籽顏色信息的采集。RCS3200是TAOS公司推出的數(shù)模兼容的光信號轉(zhuǎn)換成頻率信號的集成性很高的傳感器，可將光信號轉(zhuǎn)換成頻率信號輸出。

決策與執(zhí)行單元由單片機和電機、適配器組成。單片機選用STC單片機可滿足控制要求；電機選用伺服電機（60CB020C-020000）及適配器MS0030B，額定功率150 W，控制下能夠?qū)崿F(xiàn)0～1 440 r/min。

顯示單元要求實時顯示棉籽分級情況，所以采用液晶顯示屏帶背光的LCD1602，可以滿足設(shè)計需要。

2.2軟件設(shè)計

進行編程，采用C語言和匯編語言融合編程，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的各項功能反復(fù)調(diào)試，直至達到理想狀態(tài)為止。程序流程見圖1。

3結(jié)果與分析

取3個等級脫絨棉籽各300粒，混合后分成3等份，輸送帶運行速度0.01 m/s，光照強度在3 000 lx以上，實驗室溫度25 ℃，棉籽的RGB顏色特征閾值k設(shè)定依據(jù)公式，k=（G+B）/（R+G+B）[5-6]，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)定棉籽的3個等級區(qū)間，1級：k∈[0.986，1），2級：k∈[0.863，0.986），3級：k∈[0705，0.863）進行試驗，每等份做1次試驗，記錄試驗結(jié)果。試驗結(jié)果（表1）表明，整體誤差小于2%，分選出的3級棉籽誤差最小，1級棉籽誤差較大。

表1脫絨棉籽分級試驗結(jié)果

4結(jié)論

本研究設(shè)計的棉籽分級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強、易于控制。棉籽等級區(qū)間特征值可以根據(jù)需要設(shè)定，可操作性強。試驗結(jié)果表明，該棉籽分級系統(tǒng)是可行的。

參考文獻：

[1]田新椿，趙勇生. 對支持新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J]. 農(nóng)業(yè)發(fā)展與金融，2011（12）：69-70.

[2]趙淑琴. 新疆棉花品種存在的若干問題與對策[J]. 種子科技，2005（3）：137-138.

[3]王靜娜，賀圓圓. 機器視覺在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測和采收包裝中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機化研究，2011（7）：186-189.

[4]李景彬，邵魯浩. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脫絨棉種品種識別[J]. 農(nóng)墾農(nóng)機化，2012（9）：140-143.

[5]張若宇，坎雜. 基于RGB模型脫絨棉種質(zhì)量與顏色特征的相關(guān)性分析[J]. 石河子大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008（12）：750-753.

[6]坎雜，谷趁趁. 脫絨棉種介電分選參數(shù)的優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，9（12）：114-117.

[7]賈淵，姬長英. 農(nóng)產(chǎn)品自動檢測中的常見顏色模型[J]. 農(nóng)機化研究，2004（4）：205-208.

[8]蔡健榮. 顏色模型分析及在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中選用原則[J]. 江蘇理工大學(xué)學(xué)報，1997，18（5）：22-26.張會敏，張云龍，張善文，等. 基于區(qū)分矩陣的屬性約簡算法的作物病害識別方法[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：387-389.endprint