一种棉花种子精选自动化系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及现代农业技术的种子质量检测、筛选的计算机自动化控制技术领域。本发明专利技术的棉花种子精选自动化系统包括进料斗、皮带轮、皮带、电动机、输送带、出料斗、接料斗、摄像头、喷嘴、电磁阀、一对灯箱和计算机处理系统，计算机处理系统通过对棉花种子颜色信息的采集、分析，控制电磁阀和喷嘴将不合格的种子筛选出来。本发明专利技术解决了在高速运动背景中种子群体目标的采集、分离及控制技术问题，能够快速、自动的对红棕色棉花种子进行在线检测和分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及现代农业
，尤其涉及种子质量检测、筛选的计算机自动化控制的棉花种子精选自动化系统及其方法。
技术介绍
随着我国加入WTO和种子贸易全球化的发展，优良品种的优质种子是冲破种子贸易壁垒，在竞争中取胜，是中国种子走向世界的基本保证。《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”。快速、可靠、高自动化的种子精选装置是我国种业发展中急需解决的关键问题之一。棉花种子是棉花生产最基本的生产资料，棉种的内在质量和外在质量千差万别，以新疆产区为例，成熟的棉籽接近黑色，而未成熟的棉籽呈红棕色。质量好的棉籽，其颜色黑、着色均匀、子粒饱满、发芽率较高，具有很高的经济价值，价格一般是红棕色棉籽的几倍到十几倍。另外在棉种的生产过程中，不可避免地产生破籽。在外观上，破籽主要表现在裂纹特征上。目前，在棉花种子生产过程中虽然引入了清选机等机械化设备，以介电、重力、窝眼、风筛、磁力、摩擦等方法清选棉花种子，在实际生产中发挥了重要作用。然而传统的清选机主要是去除原料中的石子、瘪籽等，不能有效地筛选对棉花种子品质影响极大的红棕色及裂纹种子，这样的棉种优选方式适应不了现代精密播种要求。近年来，计算机视觉技术以其速度快、信息量大、功能多等特点在农产品品质检测中得到了广泛应用，如谷粒的表面裂纹检测，农作物种子的分级等，极大地提高了农产品品质检测的精度和效率
技术实现思路
本专利技术针对棉花种子生产中红棕色种子及裂纹种子的检测问题，提出了一种基于机器视觉的棉花种子颜色分选自动化系统，包括平抛式种子输送机结构；基于RGB颜色模型的种子颜色分检技术；构建了由高速CCD线阵摄像头、气体自控喷嘴列阵、DSP处理器、工控机和传送装置为一体的自动控制系统。本专利技术的一个方面是提供一种棉花种子精选自动化系统，该系统包括平抛式种子输送机构和颜色分拣控制机构，所述颜色分拣控制机构通过对其左侧平抛式种子输送机构平抛的棉花种子进行颜色采集和分析，从而达到分拣种子的目的。其中，所述平抛式种子输送机构包括进料斗、输送带、不合格种子出料斗和合格种子接料斗。所述颜色分拣控制机构包括摄像头、喷嘴、电磁阀和计算机处理系统。优选的，所述平抛式种子输送机构还包括皮带轮和皮带，电机带动皮带和动皮带轮转动，从而带动输送带运动。所述计算机处理系统由上位机和下位机组成，其中PC机作为上位机对摄像头采集的棉花种子图像信息进行提取和分析，下位机接收并存储上述分析结果，将其转化为控制信息控制电磁阀的动作，从而分离出不合格的棉花种子。优选的，所述颜色分拣控制机构还包括一对灯箱，所述灯箱位于以拍摄到种子横向轨迹为中心，上下各有一个，为摄像头采集清晰的棉花种子图像提供光源。另外，所述喷嘴采用气体自控喷嘴列阵。本专利技术的另一方面是提供一种棉花种子精选自动化方法，包括如下步骤种子从进料斗落于输送带上，随输送带前进、抛出；摄像头采集被抛出的种子的颜色信息，传输至计算机处理系统；计算机处理系统根据颜色分拣级别控制电磁阀的开闭；电磁阀控制空气压缩机的气路通断，从而控制喷嘴的气流；喷嘴将不合格的种子吹离抛出轨道，完成精选。该系统逐粒完成种子的实时检测与分级，要求送入检测视场中的种子目标是多行、多粒，通过多通道视频采集系统对高速运动的种子采集，本专利技术解决在高速运动背景中种子群体目标的采集、分离及控制技术问题。使之能快速、自动的对红棕色棉花种子进行在线检测本专利技术所述棉花种子精选自动化系统的特点1)、逐粒检测，检测精度高；2)、检测快速、自动化程度高；3)、能有效地分选产自新疆的红棕色棉花种子，实现了精选红棕色棉花种子的自动化技术；4)、喷气式分级卸料自动化程度高，无需人工操作；5)、解决了棉花种子无序排列下的分选问题，获得较高精度；6)、机器成本低。附图说明图1为本专利技术平抛式输送机构的结构示意图；图2为本专利技术所述系统中喷嘴的安装结构示意图；图3为本专利技术所述电磁阀喷嘴的内部细节剖面示意图；图4为本专利技术所述方法的处理流程图；图5为本专利技术所述棉花种子分选机构控制系统结构框图；图6为本专利技术所述棉花种子横向无序排列示意图。图中1、进料斗；2、皮带轮；3、皮带；4、电动机；5、机架；6、输送带；7、张紧轮；8、摄像头；9、不合格种子出料斗；10、不合格种子接料斗；11、合格种子出料斗；12、合格种子接料斗；13、灯箱；14、喷嘴；15、电磁阀；16、辊子。具体实施例方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术将计算机视觉技术与自动控制技术、种子质量检测技术、机械设计等技术相结合，计算机视觉主要是获得棉花种子的颜色信息，自动控制技术主要用来控制系统的传送速度、气动式分离；机械设计主要完成系统气动式分离机构设计、传送系统设计、视觉灯箱结构等。如图1所示，本专利技术的棉花种子精选自动化系统包括平抛式种子输送机构和颜色分拣控制机构，其中的平抛式种子输送机构包括进料斗1、皮带轮2、皮带3、电动机4、机架5、输送带6、张紧轮7、不合格种子出料斗9、不合格种子接料斗10、合格种子出料斗11和合格种子接料斗12，颜色分拣控制机构包括摄像头8、一对灯箱13、喷嘴14、电磁阀15和计算机处理系统(图中未示出)。其中进料斗1由固定支架固定在输送带6左侧的上方，使待检测的棉花种子均匀的撒落在输送带上；电动机4由螺栓固定在机构底部，为整个输送机构提供动力；皮带3将电动机4的动力传到皮带轮2上，由皮带轮带动辊子16转动，通过辊子和输送带之间的摩擦力而带动输送带运动；张紧轮7位于两个辊子中间的正下方，可以调节它上下的位置对传送带进行松紧的调节。出料斗9和11位于种子抛出后轨迹线的右侧下方，用来将分离的不合格种子与合格种子分别导入相应的接料斗；接料斗10和12分别安装位于相应出料斗出口处的下方，用于储存已分离的棉花种子。摄像头8安装在辊子16外侧约15cm处，以输送带为中心平面上下各有一个，摄像头镜头距离输送带所在水平面约为15cm，这两个摄像头用于获取种子上下表面的图像；灯箱13安装在摄像头内侧，为摄像头获取清晰的种子图像提供光源。喷嘴14固定于种子轨迹线上方，两摄像头连接线右侧，有20个出气口；电磁阀15安装在喷嘴的右上侧，由20个小电磁阀组合而成，具有一个进气口和20个出气口，其中进气口与空气压缩机相连，由空气压缩机提供压力，20个出气口分别通过气路与喷嘴上的20个出气口相连；计算机处理系统通过数据线分别与摄像头、电磁阀相连。电动机4通过皮带轮2和皮带3带动输送带6对种子进行输送。种子从进料斗1落于输送带6上，随高速运动的输送带前进、抛出，摄像头8采集高速抛出的种子颜色信息，计算机处理系统对摄像头8采集的影像信息进行检测处理，根据颜色分检级别控制电磁阀15的开闭，电磁阀15控制喷嘴14的气路通断，如果信息处理系统判断种子为合格的种子，电磁阀断开、气路断开、喷嘴无气体吹出、种子的轨迹不改变，种子落入合格种子出料斗；如果判断种子为不合格种子，电磁阀吸合、气路接通、气体从喷嘴吹出、种子的轨迹改变，种子落入不合格种子出料斗。本专利技术的系统处理流程如图4所示。在本专利技术中，电磁阀是控制吹离不合格种子的关键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种棉花种子精选自动化系统，其特征在于该系统包括平抛式种子输送机构和颜色分拣控制机构，所述颜色分拣控制机构通过对其左侧平抛式种子输送机构平抛的棉花种子进行颜色采集和分析，从而达到分拣种子的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，陈涛，乐忠宇，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：11[]