联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置和方法，包括粮样抽取机构、图像采集装置、数据处理与控制装置，当取样料斗可移动底板关闭时，进入粮仓的一部分谷物进入取样料斗，谷物充满取样料斗达到压力传感器设定上限后，CCD摄像机开始拍摄获取位于粮仓侧壁一侧取样料斗内谷物静止图像,将摄取图片传入数据处理与控制装置；数据处理与控制装置获取图片后，通过图像处理方法获取籽粒中杂余面积计算以及破碎籽粒识别，获取的数据进行计算，得到损失率与含杂率，取样料斗充满谷物达到压力传感器设定上限，依次循环上述过程，本发明专利技术实现了对收获谷物含杂率、破碎率的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置及方法
本专利技术涉及联合收获机的工作参数反馈和作业性能监测装置设计领域，尤其涉及一种联合收获机搅龙式出粮口粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置和方法。
技术介绍
现阶段，我国的谷物含杂率破碎率检测普遍停留在人工手工的方法进行分离检测,这种方式主要凭主观判断,且人工分拣繁琐重复率高、误差大、耗时长、效率低，为农业科研人员增加了太大的负担,结果却不尽人意。联合收获机在收获过程中不能实时获得当前粮仓内的谷物含杂率破碎率情况，因此联合收获机驾驶人员也无法根据当前谷物含杂破碎情况采取相应措施。国标规定，一般作业条件下,水稻全喂入式联合收获机收获的谷物中含杂率应小于2％，破碎率应小于2.5％。含杂率和破碎率较高的谷物,在粮站出售时售价低,会给农民带来直接的经济损失,因此,在收获过程中尽量降低谷物含杂率和破碎率是目前需要解决的重要问题。在未解决上述问题时，操作联合收获机来进行农作物的收获，对于驾驶人员的经验有很高的要求，否则很难控制好联合收获机的行进速度：行进太快则会导致联合收获机收获的粮食含杂率和破碎率太高，需要进行二次除杂；行进太慢则会导致联合收获机的效率太低，大大降低了设备的利用率。然而目前关于联合收获机的工作参数和作业性能监测研究中，大多数情况下都是针对单个作业参数的监测，进而依据监测到的当前作业参数控制相应的执行机构执行相应动作，但是对于多作业参数融合控制的研究相对较少。性能良好的联合收获机籽粒含杂率和破碎率实时监测装置和方法，可以为机器自适应控制提供可靠的依据。经文献检索发现，迄今为止，我国有关联合收获机粮箱籽粒含杂率自动监测装置的专利较少。公告号为CN203981597U和CN105806751A的两篇中国专利，在摄取图像时，谷物都处于运动的状态，不利于获取清晰的画面，为接下来的数据采集和分析会带来很大的难度；其图像摄取单元与谷物之间没有相应隔离措施，在实际工作条件下，会有灰尘、碎茎秆、水稻颖壳等杂质进入图像摄取单元，影响装置的使用效果和使用寿命，很大程度上增加了设备的成本，为农业机械化、自动化设备的普及造成较大的影响；还有，由于上述专利中对粮样抽取和放粮步骤的方式需要，其装置在机器的粮箱中所占空间比及高度落差较大，会导致粮箱实际可容纳谷物总量大为减少，即粮箱内警戒储粮线须低于监测装置放粮口；上述专利只是对含杂率和破碎率其中一个进行监测。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为实现联合收获机在收获过程中同时获得含杂率和破碎率的数据，提供了一种联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置和方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置，包括籽粒搅龙和粮箱，还包括CCD摄像机、镜头、和可变光源，所述可变光源位于所述镜头前方，所述粮箱的粮箱进粮口处设有取样料斗，所述取样料斗的内壁上设有压力传感器，所述取样料斗底部安装有可移动底板，所述可移动底板通过连杆机构与电动推杆连接，所述电动推杆与安装在电机固定架上的电机连接；所述取样料斗其中一侧的壁面为透明壁面，所述透明壁面正对所述镜头，所述压力传感器、所述CCD摄像机、所述可变光源和所述电机均与数据处理与控制装置连接。上述方案中，所述数据处理与控制装置、所述CCD摄像机固定在摄像机底座上，所述CCD摄像机、所述摄像机底座、所述可变光源、所述电机固定架和所述电机均封闭安装在设备盒内。上述方案中，所述设备盒通过设备盒支架固定在所述粮箱的箱壁上。上述方案中，所述取样料斗通过料斗支架固定在所述粮箱的箱壁上。本专利技术还提供了一种联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测方法，包括以下步骤：（a）将设备仪器调整至准备状态：设定设备打开的延时时间与压力传感器上限制,取样料斗可移动底板关闭；（b）在一个循环周期内，当籽粒搅龙抛出的谷物充满整个取样料斗时，压力传感器达到设定上限值，压力传感器将信号传送至数据处理与控制装置，数据处理与控制装置打开可变光源后CCD摄像机拍摄获取取样料斗内谷物静止图像，连续摄取三次，可变光源分别打开红光、绿光、蓝光三种色光且三次摄取间隔一秒，每拍摄一次则可变光源变色一次，图像采集完毕后将图像传送至数据处理与控制装置；（c）样本图像送入数据处理与控制装置中，数据处理与控制装置经过图像分析与运算得到含有杂余的二值化图像,并提取出杂余形态特征参数、尺寸特征参数,然后将处理和分析结果运用杂余识别软件确定出当前杂余含量，输出含杂率；同时数据处理与控制装置还自动将破碎谷物颗粒的大小、形状、色度三类形态学特征参数转化为谷物颗粒的一维特征向量，送入神经网络分类器,识别出谷物颗粒中的破碎谷物颗粒,并计算得到破碎谷物占谷物总数的百分比,即破碎率；（e）图像摄取三次后，数据处理与控制装置算出三个数据，取平均数；将含杂率破碎率数值传送联合收获机驾驶室，供驾驶员实时了解收获谷物含杂破碎情况，并对整机的工作参数进行优化调整，使粮箱内的籽粒含杂率和破碎率保持在合理水平；（f）图像摄取三次后，数据处理与控制装置驱动电机带动电动推杆推动连杆机构，将取样料斗可移动底板打开，谷物流出后延时规定时间后关闭；谷物源源不断进入粮仓，取样料斗充满谷物，取样料斗可移动底板的压力传感器达到设定上限值依次循环上述工作过程。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术装置及方法简单、高效，不但克服了人工分拣繁琐、重复率高、误差大、耗时长、效率低等诸多缺点，并且实现了籽粒含杂率和破碎率在线实时监测，将含杂率和破碎率的数值传送至联合收获机驾驶室，便于驾驶员实时了解收获谷物含杂与破碎情况，使驾驶员可以对整机的工作参数进行优化调整，使粮箱内的籽粒含杂率和破碎率保持在合理水平，对于加快发展智能农机装备技术，提升装备供给能力，缩小与国外主流产品差距，支撑现代农业发展、保证粮食和产业安全具有重大而深远的意义。（2）能够更加方便地获取联合收获机对水稻、油菜、小麦等作物的实时作业情况，大大地提高了联合收获机的收获效率，省去了人工费，免去了二次清选的麻烦，解放了劳动力，性价比很高。（3）本装置及方法在摄取图像时，图像采集装置、谷物处于相对静止的状态，进而保证了摄取图像的清晰度，大大降低了拍摄难度。（4）由于本装置占用粮箱空间的高度落差较小，在保证正常工作的前提下也能够保证粮箱最大谷物储存量基本不受影响。附图说明图1联合收获机搅龙式出粮口粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置主视图。图2联合收获机搅龙式出粮口粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置流程图。图中：1.料斗支架，2.压力传感器，3.底板，4.取样料斗，5.连杆机构，6.电动推杆，7.电机固定架，8.数据处理与控制装置，9.摄像机底座，10.设备盒，11.设备盒支架，12.CCD摄像机，13.镜头，14.可变光源，15.粮箱，16.粮箱进粮口，17.籽粒搅龙。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的目的、技术方案及优点，下面结合附图及具体实例对专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本实施例所述的联合收获机搅龙式出粮口粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置包括籽粒搅龙17、粮箱15，CCD摄像机12、镜头13、和可变光源14，所述可变光源14位于所述镜头13两侧，用于提供拍摄时照明；所述粮箱15的粮箱进粮口本文档来自技高网...

【技术保护点】
联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置，包括籽粒搅龙（17）和粮箱（15），其特征在于，还包括CCD摄像机(12)、镜头(13)、和可变光源（14），所述可变光源（14）位于所述镜头（13）两侧，所述粮箱（15）的粮箱进粮口(16)处设有取样料斗(4)，所述取样料斗(4)的内壁上设有压力传感器（2），所述取样料斗(4)底部安装有可移动底板（3），所述可移动底板（3）通过连杆机构5与电动推杆6连接，所述电动推杆6与安装在电机固定架（7）上的电机连接；所述取样料斗(4)其中一侧的壁面为透明壁面，所述透明壁面正对所述镜头（13），所述压力传感器（2）、所述CCD摄像机(12)、所述可变光源（14）和所述电机均与数据处理与控制装置(8)连接。

【技术特征摘要】
1.联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置，包括籽粒搅龙（17）和粮箱（15），其特征在于，还包括CCD摄像机(12)、镜头(13)、和可变光源（14），所述可变光源（14）位于所述镜头（13）两侧，所述粮箱（15）的粮箱进粮口(16)处设有取样料斗(4)，所述取样料斗(4)的内壁上设有压力传感器（2），所述取样料斗(4)底部安装有可移动底板（3），所述可移动底板（3）通过连杆机构5与电动推杆6连接，所述电动推杆6与安装在电机固定架（7）上的电机连接；所述取样料斗(4)其中一侧的壁面为透明壁面，所述透明壁面正对所述镜头（13），所述压力传感器（2）、所述CCD摄像机(12)、所述可变光源（14）和所述电机均与数据处理与控制装置(8)连接。2.根据权利要求1所述的联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置，其特征在于，所述数据处理与控制装置(8)、所述CCD摄像机（12）固定在摄像机底座（9）上，所述CCD摄像机（12）、所述摄像机底座（9）、所述可变光源（14）、所述电机固定架（7）和所述电机均封闭安装在设备盒（10）内。3.根据权利要求2所述的联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置，其特征在于，所述设备盒（10）通过设备盒支架（11）固定在所述粮箱（15）的箱壁上。4.根据权利要求1或2或3所述的联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置，其特征在于，所述取样料斗(4)通过料斗支架（1）固定在所述粮箱（15）的箱壁上。5.联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测方法，包括以下步骤：（a）将设备仪器调整至准备状态：设定设备打开的延时时间与压力传感器上限制,...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立章，柴晓玉，荆博，李耀明，梁振伟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32