脱绒棉种色选机检测系统设计与实现

摘要

新疆生产建设兵团是我国棉花主要产区,也是精量播种技术的重要推广示范区。但是,近年来,由于新疆地理环境、气候条件、栽培管理条件和自然灾害等因素的影响,加上棉种扩繁加快、田管跟不上,虽然棉花可以正常的开花、收获,但是棉种的成熟度明显降低,特别是后期收获后棉种毛籽中的“红种”平均在20％-30％,严重影响了棉种的质量,发芽率明显降低。目前剔除“红种”的主要手段是人工选种,人工选种劳动强度大、生产效率低、投入成本高、且选种效果在一定程度上受人为因素的影响,选种质量不均匀。现在较大的种子加工厂采用色选机进行分选,效果显著。对于整台色选机而言,检测系统是其中的核心系统,它直接影响着色选机的色选精度。基于此,论文对脱绒棉种色选机的检测系统进行了设计,从而为整台色选机的研制奠定基础。 文章首先介绍了国内外色选机的发展状况,以及分析了新疆现有色选机的情况。通过对比国内外色选机检测系统的优缺点及对当前主要检测技术的分析,提出使用DSP数字信号处理器作为CPU及线阵CCD传感器来组建整套检测系统。在第二章中,论文对反映脱绒棉种质量的两个重要指标发芽势和发芽率与其电信号之间的相关性进行了分析,得出脱绒棉种质量与其颜色电测信号特征有显著的相关性,为脱绒棉种色选机检测系统的设计提了理论基础,在文章的第三章中,对构成检测系统的重要子系统——光学系统,进行了详细的设计,提出采用柯拉照明系统以及与之相配合的物方远心光路作为光学系统的光路,并搭建了整套光学系统。最终利用此系统对棉种的电信号进行了测定。测定表明：利用此光学系统可以测得棉种清晰的电信号。论文在第四章中介绍了CCD的基本结构、原理和基本参数,确定了本系统中选用的线阵CCD型号,并且介绍了选用的线阵CCD图像传感器TCD1501D的参数,比较了现有CCD驱动电路的优缺点。根据选用的CCD参数设计了其驱动电路,并给出电路图且进行了仿真。最后利用此传感器与上一章设计的光学系统结合,获得了清晰的棉种电信号。接着文章对检测系统中另一部分即基于DSP的信号采集与处理,从硬件的选型、硬件之间的搭配、部分外围电路的设计及整套系统的搭建到软件的实现均进行了较为详细的介绍。 最后,针对加工环境下,可能导致检测系统不能长期稳定可靠运行的干扰因素进行了分析研究,同时采取了相应的抗干扰措施来抑制加工环境下各种干扰对系统的影响,确保系统长期可靠运行。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2研究领域国内外的研究动态及发展趋势

1.2.1国内色选机检测系统常用接收器介绍

1.2.2国际上主流的色选机检测元件介绍

1.3 国内外色选机检测技术研究现状分析、存在问题及解决方案

1.3.1目前国内外主要色选检测技术

1.3.2目前颜色分选技术存在的问题及解决方案

1.4研究目标及主要内容

1.5本章小结

第二章脱绒棉种质量与其颜色电测信号特征的相关性研究

2.1 引言

2.2脱绒棉种表面颜色电信号的采集

2.2.1电信号测试原理

2.2.2脱绒棉种电信号的获取

2.3脱绒棉种发芽实验

2.3.1脱绒棉种质量的评价指标

2.3.2实验材料与实验方法

2.3.3发芽势、发芽率的测定

2.4发芽实验数据分析

2.5实验结果

第三章脱绒棉种色选机光学系统的设计与研究

3.1典型的光学系统介绍

3.2光学系统中主要的员器件介绍

3.2.1光源

3.2.2背景板

3.2.3单色器

3.2.4接收器

3.2.5镜头等光学元件及辅助装置

3.3光学照明系统设计

3.4光学成像系统设计

3.5本章小结

第四章线阵CCD的基本工作原理及驱动电路设计

4.1 CCD基本结构及工作原理

4.2 CCD器件的主要性能指标

4.2.1响应度

4.2.2光谱响应度

4.2.3动态范围

4.2.4分辨率

4.2.5噪声

4.2.6暗电流

4.3 CCD器件选型

4.4 TCD1501D结构原理介绍

4.5 CCD驱动电路的实现方法

4.6 TCD1501D时序脉冲驱动电路设计

4.6.1 TCD1501D驱动时序分析

4.6.2 TCD1501D驱动电路

4.7差动放大及电路设计

4.8 TCD1501D试验测试

4.9本章小结

第五章色选机检测系统的DSP实现

5.1 DSP控制器——TMS320LF2047A介绍

5.2基于 TMS320LF2047A的棉种色选机硬件的实现

5.3 TMS320LF2047A的地址映射及中断方式

5.4基于TMS320LF2047A的脱绒棉种色选机检测系统软件的实现

5.4.1头文件的编制

5.4.2软件的主要任务和总体结构

5.5本章小结

第六章脱绒棉种色选机检测系统的抗干扰设计

6.1硬件抗干扰设计

6.1.1精选元件

6.1.2滤波电路

6.1.3光电隔离技术

6.1.4接地技术

6.1.5屏蔽技术

6.1.6布线技术

6.2软件抗干扰技术

6.2.1数字滤波技术

6.2.2指令冗余

6.2.3软件陷阱

6.2.4程序运行监视系统（WATCHDOG）

6.3 DSP系统看门狗设计

6.3.1看门狗预定标时间的选择

6.3.2喂狗操作

6.3.3系统自恢复程序的设计

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1研究总结

7.2后续工作及展望

参考文献

附录

致谢

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