种子精选分级试验台控制方法研究1

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1、种子精选分级试验台控制方法研究1蔡卫国，荀一，李伟中国农业大学工学院（100083）E-mail:caiwciguo1970@126.com摘要：本文设汁了一种用于种子实时精选分级的试验台，由物料输送单元、图像釆集和数据处理单元、精选分级单元及控制单元组成。基于形态学信息并结合计算机视觉技术将种子分为4级，色标传感器对种子位置进行实时跟踪，快速、自动获得运动中每一粒种子的位置信息，电磁阀控制高压气流的通断从而达到分级目的，整个试验台的控制由可编程控制器PLC完成。试验结果表明，当传送带速度达到0.2m/s,气压为0.85MPa时，种子分级合格率可达

2、90%,系统处理速度为15粒/秒。关键词：种子，精选分级，控制方法1.引言《国际种子检验规程》序言中有这样一段话：“农业上最大的威胁之一是播下的种子没有生产潜力，不能使所栽培的品种获得丰收。种子检验工作是为了在播种前评定种子质量，使这种风险降低到最低程度”1传统的种子品质检测主要以清选为主，不能有效地对种子精选与分级，不能对霉变、裂变的种子识别。以实验室技术为主的牛物学检验方法，要求较高的实验技术与设备，同吋很难实现实吋性的操作厂O国外近几年应用基于机器视觉的形态学原理对种子白动化检测系统进行了探索性的研究，例如，ShusoKawamura[5]等

3、研究了干燥后的谷物自动检测系统，该系统有两个视频采集输入：一是计算机视觉采集，主要是通过检测谷物的外观形状与颜色來判断破损率，另一个近红外传感器用于检测含水率、蛋白质含量。Y-NWan[6*7]研制的谷物分级系统，通过穴盘式送料机构，将种子送入检测视场，CCD采集系统一次采集24粒，通过分类系统识别、比较，共分6级，山PLC控制高压气体将谷物吹入分级通道，最后进入分级箱，系统处理速度为：0.045s/粒，检测健康谷物的合格率为97%。国内种子主要以清选为主，比如:筛选机、窝眼筒分选机、气流清选机、比重清选机等，主要以机械方式去除杂质、破碎粒，逐粒精

4、选的自动化技术还少有报道。本文重点介绍一种新型的气吹式种子精选分级机构及其控制方法，能够快速、自动获得运动中每一粒种子的位置信息，并根据由微机传递过来的种子级别信息，由控制单元将种子吹入相应级别的容器中，达到分级目的。2.种子精选分级试验台简介整个试验台以一个呈梯形的不锈钢框架为核心，如图1所示，由四大部分组成：物料输送单元（包括电机、传送带、托滚等）、图像采集和数据处理单元（包括摄像头、图像卡等）、1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：30471011）资助精选分级单元（包括压板.喷嘴等）和控制单元（包括PLC.传感器.电磁阀等）。在调速电机拖

5、动下，传送带在梯形构架上作匀速运动。种子在滚刷和抚平器的作用下均匀分布在传送带上的预制孔里。摄像头实时地从快速运动的种子群体中采集一定幅面的种子（3行X4列）图像，并传送给计算机，计算机对种子的形状、大小、色泽及损伤程度等品质特征进行数据处理，从而给出种子评价结果，并向分级控制器PLC发岀分级信息。精选分级单元通过高速气动喷头及机械组合机构将运动屮的种子吹入收料口，完成4个级别种子的分级与卸料，卸料后的种子白动进入接料箱。2图1种了•粘选分级试验台示意图1.物料输送单元2•图像采集和数据处理单元3.精选分级单元4.控制单元2.1气吹式种子精选分级机

6、构气吹式种子粘选分级机构即为试验台的精选分级单元。如图2所示，传送带为无接头环形带，在上、下压板之间穿行，其上均匀分布3行72列的穴孔。传送带两侧贴有色标，上侧为每列种子对应一个色标，而下侧只有一个色标,位于任意两列种子之间。上、下压板上的预制孔与传送带上种子孔穴的布置完全相同。种子分为4级，因此上、下压板上的预制孔应为12个（3行4列）。OOOOiO"OOOi6OOOOIOOOOlOOOOOiOOpOJO图2传送带展开示意图（A.分级区B.摄像区）1•下压板2•上压板3•色标4•传送带5•传感器36.传感器17.传感器22.2分级自动控制系统控制

7、系统的主要控制对象是传感器和电磁阀，其基本特点是开关量控制，对控制系统的基木要求是：控制点灵活，可靠性、稳定性高，因此选择西门子公司的S7-2OO型可编程控制器（PLC）o选择色标型传感器，其位置如图2所示，各个传感器在系统中起到不同的作用：传感器1给出起始摄像信号，并接通传感器3,当传感器1感应到色标信号时，触发摄像头开关，拍摄第一帧图像；当传感器2感应到色标信号时，标志着种子进入分级区，开始从队列里取种子级别数；传感器3是对种子位置实时跟踪，每感应到一个色标信号，就产牛一个脉冲信号给PLC。用电磁阀的开启关闭来控制高压气体的通断。控制系统流程图

8、如图4所示。程序设计过程中考虑了两点保护性措施，一是脉冲出错报警功能：控制系统用PLC的计数器来检验传送带运转一圈后的脉冲