一種基于多波段led陣列的谷粒分類方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了多光譜檢測領(lǐng)域，特別涉及了一種基于多波段LED陣列的谷粒分類方法及系統(tǒng)，利用多光譜技術(shù)檢測目標(biāo)物內(nèi)部成分含量，屬于光學(xué)無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]玉米作為禾本科、玉蜀黍?qū)僖荒晟叽蟛荼荆鞘澜缟戏植甲顝V泛的糧食作物之一，種植面積僅次于小麥和水稻而居第三位，是人類社會(huì)生存和發(fā)展的重要糧食作物和重要飼料來源，也是全世界總產(chǎn)量最高的糧食作物。玉米被廣泛用于口糧消費(fèi)、牲畜飼料的原料、化學(xué)產(chǎn)品的原材料。
[0003]近年來，優(yōu)良的雜交玉米品種越來越得到人們的重視，而與此同時(shí)，伴隨著假玉米種子坑農(nóng)、害農(nóng)事件的不斷發(fā)生，玉米品種的鑒別成為了保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要問題。另夕卜，品種鑒別對(duì)新品種的培育也起著積極的作用。所以對(duì)玉米的品質(zhì)品種進(jìn)行準(zhǔn)確、無損、高效的檢測分類是十分有必要的。
[0004]現(xiàn)有多光譜的研究和應(yīng)用最多的是近紅外光譜分析，其原理是不同基團(tuán)產(chǎn)生的光譜在吸收峰位置和強(qiáng)度都有顯著差異，并隨樣品組成的變化其光譜特征也發(fā)生變化。而糧食中含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖、淀粉和纖維等有機(jī)成分，他們在近紅外區(qū)域有豐富的吸收光譜，每種成分都有特定的吸收特征，這些吸收特征為近紅外光譜定量分析提供了依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于多波段LED陣列的谷粒分類方法及系統(tǒng)，使用多波段LED陣列作為光源，可用于不同檢測目標(biāo)及檢測成分谷粒的分類。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一、一種基于多波段LED陣列的谷粒分類方法，包括如下步驟:
[0008]向在輸送中的谷粒發(fā)射多次入射光，經(jīng)谷粒漫反射后通過硅光電池接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，獲得不同波長下的光強(qiáng)電壓信號(hào)，將光強(qiáng)電壓信號(hào)通過通過預(yù)設(shè)的分類模型處理轉(zhuǎn)換為該谷粒的分類結(jié)果，根據(jù)分類結(jié)果對(duì)被測谷粒進(jìn)行分類。
[0009]所述發(fā)射多次入射光為依次發(fā)射不同峰值波長的光。
[0010]所述的光強(qiáng)電壓信號(hào)是由硅光電池通過光電效應(yīng)生成的光電流經(jīng)集成運(yùn)算放大器的比例放大轉(zhuǎn)換獲得，集成運(yùn)算放大器可采用如圖4所示的電路。
[0011]所述的入射光的各個(gè)峰值波長均在硅光電池的相對(duì)光譜靈敏度范圍內(nèi)，使得硅光電池在所有使用的LED波長下均有光電效應(yīng)。
[0012]所述不同峰值波長需根據(jù)谷粒檢測目標(biāo)的不同和谷粒檢測成分的不同而定。
[0013]所述集成運(yùn)算放大器的比例放大電路的放大倍數(shù)需要根據(jù)硅光電池對(duì)反射光的響應(yīng)靈敏度進(jìn)行選擇，使得放大后的電壓在一個(gè)適宜的區(qū)間。
[0014]所述分類模型的建立方法以及分類參數(shù)的選擇需根據(jù)不同建模方法的實(shí)際效果進(jìn)行選擇和使用。
[0015]二、一種基于多波段LED陣列的谷粒分類系統(tǒng):
[0016]包括傳送機(jī)構(gòu)，用于輸送谷粒至分類操作機(jī)械機(jī)構(gòu)上方；傳送機(jī)構(gòu)包括輸送帶、直流減速電機(jī)和固定臺(tái)，固定臺(tái)上開有一道矩形槽，輸送帶安裝在矩形槽內(nèi)，輸送帶的主動(dòng)輪連接直流減速電機(jī)的輸出軸，由直流減速電機(jī)帶動(dòng)輸送帶運(yùn)動(dòng)，分類操作機(jī)械機(jī)構(gòu)位于輸送帶出口處的矩形槽正下方；
[0017]包括光強(qiáng)檢測采集裝置，位于傳送機(jī)構(gòu)正上方，向谷粒發(fā)射光并將采集獲得谷粒反射的光強(qiáng)電壓信號(hào)傳送到單片機(jī)；
[0018]包括單片機(jī)，光強(qiáng)檢測采集裝置經(jīng)單片機(jī)連接分類操作機(jī)械機(jī)構(gòu)，將谷粒反射的光強(qiáng)電壓信號(hào)處理轉(zhuǎn)換為谷粒的分類信號(hào)；
[0019]包括分類操作機(jī)械機(jī)構(gòu)，由單片機(jī)傳送來的分類信號(hào)對(duì)傳送機(jī)構(gòu)傳送來的谷粒執(zhí)行谷粒分類操作，進(jìn)行分揀；分類操作機(jī)械機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)和分向板，舵機(jī)的輸出軸與分向板連接，分向板位于輸送帶出口處的矩形槽的正下方。
[0020]光強(qiáng)檢測采集裝置包括多波段LED陣列、印刷電路板和反射光強(qiáng)信號(hào)采集系統(tǒng)，多波段LED陣列和反射光強(qiáng)信號(hào)采集系統(tǒng)均安裝在印刷電路板的底面，印刷電路板位于傳送機(jī)構(gòu)的輸送帶正上方，反射光強(qiáng)信號(hào)采集系統(tǒng)位于多波段LED陣列的中心。
[0021]多波段LED陣列和反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)均焊接在印刷電路板上，然后安裝在檢測平臺(tái)頂部，同時(shí)需將印刷電路板圍起形成暗室環(huán)境，消除環(huán)境光對(duì)檢測過程的干擾；輸送帶用于將被測目標(biāo)從暗室環(huán)境外送至暗室內(nèi)的聚焦鏡頭下，輸送帶及鏡頭視野內(nèi)背景選擇黑色，以此來減少背景反射光的干擾并降低反射光信號(hào)的噪音干擾。
[0022]反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)包括硅光電池、聚焦鏡頭和集成運(yùn)算放大器，聚焦鏡頭豎直向下安裝，并使聚焦鏡頭的焦點(diǎn)位于硅光電池的照射敏感區(qū)，硅光電池固定在印刷電路板底面，硅光電池經(jīng)集成運(yùn)算放大器連接單片機(jī)，集成運(yùn)算放大器可采用如圖4所示的電路。
[0023]反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)需要通過聚焦透鏡將來自檢測目標(biāo)的反射光聚焦，從而匯聚在硅光電池的照射敏感區(qū)；聚焦后的反射光信號(hào)更強(qiáng)，環(huán)境光對(duì)系統(tǒng)的的干擾減弱；同時(shí)，需要調(diào)整聚焦透鏡的視野，使得其視野略大于被測籽粒，被測籽粒應(yīng)占據(jù)聚焦鏡頭視野的80%左右。
[0024]硅光電池光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)通過集成運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)的放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換；電信號(hào)的放大采用集成運(yùn)算放大器的比例放大電路，集成運(yùn)算放大器可采用如圖4所示的電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換通過單片機(jī)內(nèi)部集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來完成。反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)，獲得不同波段反射光的光強(qiáng)電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換值后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)。
[0025]比例放大電路如圖4所示，放大器0P37G的正負(fù)極輸入端分別連接電阻R19和電阻R20，放大器0P37G的輸出端與負(fù)極輸入端之間并聯(lián)有電容C2、電阻R21，放大器0P37G的輸出端經(jīng)電阻R22和電容Cl后接地。
[0026]所述的多波段LED陣列包括沿圓周依次均布陣列的三組相同的LED燈組，每組LED燈組均包括多個(gè)不同的LED燈，三組LED燈組中LED燈的排列順序均相同，每組中各個(gè)LED燈的峰值波長均不相同，所有LED燈朝向反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)正下方傳送谷粒的傳送機(jī)構(gòu)輸送帶上。
[0027]組內(nèi)以及組間LED均勻分布，形成均勻?qū)ΨQ分布的光源，使得光源照射均勻適宜；多波段LED陣列安裝后，需要進(jìn)行光源照射方向的調(diào)整，使得所有LED燈朝向反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)正下方傳送谷粒的輸送帶上，同峰值波長的個(gè)LED點(diǎn)亮后形成一個(gè)均勻的光斑，照射在檢測谷粒的目標(biāo)表面。
[0028]所述的多波段LED陣列用三極管來控制亮滅，包括沿圓周依次均布陣列的三組相同的LED燈組，三組LED燈組中各峰值波長相同的三個(gè)LED燈依次串聯(lián)后一端經(jīng)限流電阻RC連接到三極管集電極，另一端接電源，三極管發(fā)射極接地，三極管基極經(jīng)限流電阻RB連接單片機(jī)的控制端。如圖5所示，三個(gè)LED燈串聯(lián)后經(jīng)電阻Rll連接到三極管Ql集電極，三極管Ql基極經(jīng)電阻Rl接單片機(jī)。
[0029]本發(fā)明還可包括連接單片機(jī)的計(jì)算機(jī)，用于記錄并處理光強(qiáng)電壓信號(hào)，并發(fā)送分類信號(hào)至單片機(jī)。另一方面，檢測平臺(tái)外的計(jì)算機(jī)可作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)，通過數(shù)據(jù)線與作為檢測平臺(tái)控制核心的單片機(jī)相連，可控制輸送帶的運(yùn)行、多波段LED陣列的亮滅、分類操作機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，并控制反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]本發(fā)明方法采用多波段LED陣列的手段，通過檢測不同波長反射光強(qiáng)弱的方法來檢測目標(biāo)物及其成分的含量。
[0032]本發(fā)明通過采用硅光電池作為光電傳感器的設(shè)計(jì)方法，極大地降低了裝置的成本；采用一定的分類模型建立方法，建立了模數(shù)轉(zhuǎn)換值與檢測目標(biāo)或檢測成分之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測目標(biāo)進(jìn)行分類。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖之一。
[0034]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0035]圖1和圖2中:1為被測谷粒；2為輸送帶；3為多波段LED陣列；4為反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)；5為單片機(jī)；6為數(shù)據(jù)線；7為計(jì)算機(jī)；8為舵機(jī)；9為印刷電路板；10為直流減速電機(jī)；11為分向板。
[0036]圖3為本發(fā)明多波段LED陣列的陣列結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3中:A?I為不同峰值波長的多波段LED陣列J為聚焦鏡頭及硅光電池的安裝位；其中多波段LED陣列數(shù)量及峰值波長需要根據(jù)實(shí)際檢測的需要進(jìn)行選擇。
[0038]圖4為本發(fā)明對(duì)硅光電池光電效應(yīng)的比例放大電路。
[0039]圖5為多波段LED陣列的控制電路。
[0040]圖6為本發(fā)明系統(tǒng)整體運(yùn)行流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0042]本發(fā)明方法和系統(tǒng)可采集多個(gè)特定波長下谷粒的反射光強(qiáng)電壓信號(hào)，然后通過一定的模型建立方法，建立其模數(shù)轉(zhuǎn)換值與檢測目標(biāo)或檢測成分之間的關(guān)系，并通過分類模型處理后對(duì)檢測目標(biāo)進(jìn)行分類。
[0043]本發(fā)明的實(shí)施例及其具體工作過程如下:
[0044]如圖1和圖2所示，具體實(shí)施中由直流減速電機(jī)10帶動(dòng)輸送帶2，被測谷粒I被送至反射光強(qiáng)信息采集系統(tǒng)4的聚焦