物料悬浮速度智能测试系统的设计研究

论文摘要

在现代农业生产生活中,为提高生产效率,人们越来越注重农业装备智能化与机械化的设计要求。而在设计粮食收割机,粮食干燥与气力输送设备,复式脱粒机以及清选机的分离与清选装置时,物料的悬浮速度是一个重要的设计参数,所以它的准确测定显得尤为重要。在现今研究的基础上,本文选用索尼公司生产的一款高速高分辨率低暗电流面阵CCD ICX085AL,设计了此套基于单片机为主控制单元的高速图像采集系统。该系统选用C8051F000与XC9536作为驱动面阵CCD与信号处理器ADS8320的时序发生器,实现了面阵CCD输出模拟信号的高速转换,并通过USB接口将数据传送到计算机进行存储并显示、反馈、控制,实现农业物料位置信息的实时监测,从而设计出能够计算其悬浮速度的一整套智能控制系统。本套系统选用ICX085AL面阵CCD代替了TCD1001P线阵CCD,相较线阵CCD而言:1)实现了较高分辨率的动态检测,不仅能检测物料颗粒在锥形筒里的通过状态,而且能够实时检测到物料颗粒在同一时间点上的位置信息,同时捕获到其相对稳定的悬浮状态,实现其精确定位。2)采用行间转移方式,不仅仅提高了光电转换效率,而且成功消除了拖尾现象,使得采集到的物料位置信息的准确度与实时性都相应提高。3)对于物料成像时的重叠以及同一种物料悬浮时的分布状态,利用此图像传感器采集相应的图像信息进行灰度直方图与二值化处理,从而在一定程度上得到解决;尤其是在后期的图像处理方面,面阵CCD较线阵CCD而言显示了其巨大的优势;与此同时,用单片机与CPLD相结合的控制单元,产生驱动CCD的时序脉冲,消除了单片机无法产生高频信号的弊端,实现了面阵CCD的正确驱动。本套智能测试装置的完美实现还要牵涉到相应的计算机控制技术,通过人机交互系统,实现自动闭环控制。该系统经改进后,不但可以广泛应用于粮食加工、除尘、清选等企业,为其提供必须的物料悬浮速度,而且还可以用于教学和科研工作,与此同时,物料悬浮速度的测定更加精确,并能够在一定程度上指导农业生产,对于农业装备的智能化方向研究具有指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CCD 图像传感器的应用
• 1.3 物料悬浮速度测试方法概述
• 1.4 课题依据
• 1.5 研究背景
• 1.6 研究意义及主要工作
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 主要工作
• 2 测试原理及测试系统
• 2.1 测试原理
• 2.1.1 悬浮速度的定义
• 2.1.2 颗粒群悬浮速度的定义
• 2.1.3 悬浮速度的确定
• 2.2 智能测试系统的总体设计
• 2.2.1 智能物料悬浮速度测试装置介绍
• 2.3 图像传感器的驱动采集系统
• 2.3.1 关键部件传感器重新选择的原因
• 2.3.2 面阵CCD 驱动电路的设计
• 2.3.3 控制单元电路设计
• 2.3.4 A/D 电路设计
• 2.3.5 数据传输电路设计
• 2.4 本套设计方案的特点
• 3 CCD 图像传感器驱动采集系统硬件设计
• 3.1 系统硬件总体实现方案
• 3.2 CCD 图像传感器
• 3.2.1 CCD 的结构及工作原理
• 3.2.2 CCD 图像传感器的分类
• 3.2.3 CCD 的基本特征参数
• 3.2.4 ICX085AL 面阵CCD 传感器
• 3.3 控制单元电路设计
• 3.3.1 MCU 电路设计
• 3.3.2 CPLD 电路设计
• 3.4 ADS8320 模数转换器
• 3.4.1 ADS8320 简介
• 3.4.2 ADS8320 引脚介绍
• 3.4.3 ADS8320 操作原理
• 3.4.4 ADS8320 电路设计
• 3.5 USB 数据传输
• 3.5.1 USB 2.0 控制器CY7C68013 简介
• 3.5.2 CY7C68013 工作过程简介
• 3.5.3 CY7C68013 的电路设计
• 4 CCD 图像传感器驱动采集系统软件设计
• 4.1 CCD 驱动时序分析
• 4.1.1 启动周期
• 4.1.2 转移周期
• 4.2 CCD 驱动时序要求
• 4.3 CCD 驱动时序实现
• 4.3.1 驱动时序产生方法
• 4.3.2 驱动时序实现
• 4.4 USB 固件设计
• 4.5 USB 软件开发
• 5 后续技术
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 英文摘要
• 附录
• 附录1： 系统控制板电路原理图
• 附录2： CCD 图像传感器驱动板电路原理图
• 附录3： 研究生期间发表的论文