核桃脱青皮机板刷参数微调智能控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种农业机械，尤其是涉及一种用于核桃脱青皮机板刷参数微调智能控制系统，属于农业机械技术领域。其特征是：板刷参数设置及自动调节系统包括：上位机、机器视觉装置、下位机、间隙调节伺服电机、角度传感器①，角度调节伺服电机，角度传感器②、压力传感器组成；其中上位机包括板刷参数自动设置模块、图像处理模块、板刷参数智能微调决策模块、通信模块。下位机根据上位机发送的控制微调量与当前角度传感器反馈信息之差，通过PID控制算法计算出两台伺服电机所需的控制量，并将其发送至两台伺服电机，对其进行控制。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种农业机械，尤其是涉及一种用于核桃脱青皮机板刷参数微调智能控制系统，属于农业机械
 (二)技术背景我国核桃资源十分丰富，是世界核桃生产大国，全国除黑龙江、上海、广东、海南、台湾外，在辽宁、天津、北京、河北、山东、山西、陕西、宁夏、青海、甘肃、新疆、河南、安徽、江苏、湖北、湖南、广西、四川、贵州、云南及西藏等24个省(区、市)都有栽植，核桃品种繁杂，形状不规则、尺寸差异较大。本单位研制的连续式青核桃脱皮机采用了板刷式脱青皮装置，取得了良好的脱青皮效果。然而，由于加工不同品种、不同等级核桃时，易发生压力过大产生碎果，同时手动调节板刷参数调节精度较低。 (三)
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了板刷参数微调智能控制系统，实现了连续式青核桃脱皮机板刷参数的自动调节和工作过程的精确控制。 本专利技术为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：板刷参数微调智能控制系统包括： 上位机，在连续式青核桃脱皮机参数智能调节系统的上位机应用时，因满足以下条件：硬件条件因满足系统软件模块运行需求；预装Windows XP系统，系统运行稳定；工作稳定、可靠、低功耗；可与本专利技术其他部件进行实时有效 通信，灵活性好。其主要功能为，设定连续式青核桃脱皮机的工作参数，对输入喂料口的青核桃信息进行预处理，决策发送到下位机的参数，以及通信管理功能。 机器视觉装置，采集喂料口出的青核桃图像信息，并将其发送到上位机进行处理。 下位机，由STC90C51单片机及相关外设部件组成，根据上位机决策信号和角度传感器反馈信息，完成对间隙调节伺服电机和角度调节伺服电机的控制。下位机根据上位机发送的控制微调量与当前角度传感器反馈信息之差，通过PID控制算法计算出两台伺服电机所需的控制量，并将其发送至两台伺服电机，对其进行控制。 间隙调节伺服电机，与间隙调节杆相连接，根据下位机控制信号调节间隙调节杆的旋转角度。 角度调节伺服电机，与角度调节杆相连接，根据下位机控制信号调节角度调节杆的旋转角度。 角度传感器①、角度传感器②，分别安装在间隙调节杆和角度调节杆处，将角度信息反馈至下位机。 压力传感器，安装在板刷处，将板刷所受压力信息反馈至上位机，以参与决策。 本专利技术中的上位机进一步包括以下功能模块： 板刷参数自动设置模块，根据用户设定的核桃品种和等级，通过内部知识库决策出板刷工作时所需的适宜参数，并将其发送至下位机。并通过状态显示面板实时显示当前板刷工作状态。 图像处理模块，对机器视觉传感器采集到的图像信息进行处理，机器视觉 传感器CCD摄像机输出图像为bmp格式彩色图像，通过USD2.0接口将图像存入上位机内存缓冲区。在图像处理时间内，利用回调函数对图像进行采集和信息处理，包括图像灰度变换、分割、去噪、工作行信息获取，得到同一时刻参与处理的核桃数量序列，并将其发送至板刷参数智能微调决策模块。其中灰度变换采用2G-R-B(R、G、B为同一像素点出红、绿、蓝色彩的亮度)的方式进行处理；分割处理采用灰度直方图法完成，以降低图像的误识别率；去噪处理采用先膨胀后腐蚀的方式，以降低图像中阴影、污渍等噪声的影响。 板刷参数智能微调决策模块，将图像处理模块发送的同一时刻参与处理的核桃数量，与预先通过力学实验获得并设定的青核桃受力模型以及当前板刷参数信息，计算出板刷压力与压力变化率阈值，并根据阈值与压力传感器反馈信息之差，进一步通过模糊控制算法，决策出所需的板刷参数微调量，将其发送至下位机。 通信模块，管理上位机与下位机的实时通信，并负责采集压力传感器和角度传感器的反馈信息，采用异步串行方式进行数据传输。 板刷参数智能微调决策模块工作方式包括步骤： S1：根据图像处理模块发送的同一时刻参与处理的核桃数量序列，与链板传输带的速度，计算出当前时刻参与处理的青核桃数量。 S2：根据青核桃力学实验得到的受力模型，如图6所示(示例)，及当前时刻压力传感器数据，并按以下计算方式处理数据。  F ‾ = F n ; ]]> F · ‾ = F · n ]]> D F = f max 2 ; ]]> D F · = f · max 2 ]]> u 1 = F ‾ - D F ; ]]> u 2 = F · ‾ - D F · ]]>其中，F为压力传感器反馈信息，为F的变化率，fmax为青核桃受力模型中 核桃硬壳所能承受的最大压力，为核桃硬壳压力随形变的变化率最大值，u1，u2为模糊控制输入量。 S3：根据S2步骤得到的输入量，采用模糊控制算法决策出所需的微调量，两组输入量和两组输出量都分别细分为五个等级，其模糊规则曲面如图7所示。 S4：将决策出的微调量发送到下位机。 下位机根据上位机发送的控制微调量与当前角度传感器反馈信息之差，通过PID控制算法计算出两台伺服电机所需的控制量，并将其发送至两台伺服电机，对其进行控制。 以上实施方式仅用于说明本专利技术，而并非对本专利技术的限制，有关
的普通技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所用等同的技术方案也属于本专利技术的范畴，本专利技术的专利保护范围应由权利要求而定。 (四)附图说明附图1是专利技术智能控制核桃脱青皮机结构简图。 附图2是专利技术系统组成示意图。 附图3是专利技术板刷参数自动设置模块工作流程。 附图4是专利技术板刷参数智能微调决策模块工作流程。 附图5是专利技术工作行信息获取流程图 附图6是专利技术核桃受力模型曲线示例 附图7是专利技术间隙模糊控制规则曲面。 附图8是专利技术角度模糊控制规则曲面。 附图9是专利技术软件界面图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
核桃脱青皮机智能微调控制系统，该系统包括：上位机，在连续式青核桃脱皮机参数智能调节系统的上位机应用时，因满足以下条件：硬件条件因满足系统软件模块运行需求；预装Windows?XP系统，系统运行稳定；工作稳定、可靠、低功耗；可与本专利技术其他部件进行实时有效通信，灵活性好。其主要功能为，设定连续式青核桃脱皮机的工作参数，对输入喂料口的青核桃信息进行预处理，决策发送到下位机的参数，以及通信管理功能。机器视觉装置，采集喂料口出的青核桃图像信息，并将其发送到上位机进行处理。下位机，由STC90C51单片机及相关外设部件组成，根据上位机决策信号和角度传感器反馈信息，完成对间隙调节伺服电机和角度调节伺服电机的控制。下位机根据上位机发送的控制微调量与当前角度传感器反馈信息之差，通过PID控制算法计算出两台伺服电机所需的控制量，并将其发送至两台伺服电机，对其进行控制。间隙调节伺服电机8，与间隙调节杆10相连接，根据下位机控制信号调节间隙调节杆的旋转角度。角度调节伺服电机11，与角度调节杆13相连接，根据下位机控制信号调节角度调节杆的旋转角度。角度传感器①9、角度传感器②12，分别安装在间隙调节杆10和角度调节杆13处，将角度信息反馈至下位机。压力传感器，安装在板刷处，将板刷所受压力信息反馈至上位机，以参与决策。...

【技术特征摘要】
1.核桃脱青皮机智能微调控制系统，该系统包括：
上位机，在连续式青核桃脱皮机参数智能调节系统的上位机应用时，因满足以
下条件：硬件条件因满足系统软件模块运行需求；预装Windows XP系统，系统
运行稳定；工作稳定、可靠、低功耗；可与本发明其他部件进行实时有效通信，
灵活性好。其主要功能为，设定连续式青核桃脱皮机的工作参数，对输入喂料
口的青核桃信息进行预处理，决策发送到下位机的参数，以及通信管理功能。
机器视觉装置，采集喂料口出的青核桃图像信息，并将其发送到上位机进行处
理。
下位机，由STC90C51单片机及相关外设部件组成，根据上位机决策信号和角度
传感器反馈信息，完成对间隙调节伺服电机和角度调节伺服电机的控制。下位
机根据上位机发送的控制微调量与当前角度传感器反馈信息之差，通过PID控
制算法计算出两台伺服电机所需的控制量，并将其发送至两台伺服电机，对其
进行控制。
间隙调节伺服电机8，与间隙调节杆10相连接，根据下位机控制信号调节间隙
调节杆的旋转角度。
角度调节伺服电机11，与角度调节杆13相连接，根据下位机控制信号调节角度
调节杆的旋转角度。
角度传感器①9、角度传感器②12，分别安装在间隙调节杆10和角度调节杆13
处，将角度信息反馈至下位机。
压力传感器，安装在板刷处，将板刷所受压力信息反馈至上位机，以参与决策。
2.如权利要求1所述的核桃脱青皮机智能微调控制系统，其特征在于所述的上
位机进一步包括以下功能模块：
板刷参数自动设置模块，根据用户设定的核桃品种和等级，通过内部知识库决
策出板刷工作时所需的适宜参数，并将其发送至下位机。并通过状态显示面板
实时显示当前板刷工作状态。
图像处理模块，对机器视觉传感器采集到的图像信息进行处理，机器视觉传感
器CCD摄像机输出图像为bmp格式彩色图像，通过USD2.0接口将图像存入上位
机内存缓冲区。在图像处理时间内，利用回调函数对图像进行采集和信息处理，
包括图像灰度变换、分割、去噪、工作行信息获取，得到同一时刻参与处理的
核桃数量序列，并将其发送至板刷参数智能微调决策模块。其中灰度变换采用
2G-R-B(R、G、B为同一像素点出红、绿、蓝色彩的亮度)的方式进行处理；分
割处理采用灰度直方图法完成，以降低图像的误识别率；去噪处理采用先膨胀
后腐蚀的方式，以降低图像中阴影、污渍等噪声的影响。
板刷参数智能微调决策模块，将图像处理模块发送的同一时刻参与处理的核桃
数量，与预先通过力学实验获得并设定的青核桃受力模型以及当前板刷参数信
息，计算出板刷压力与压力变化率阈值，并根据阈值与压力传感器反馈信息之
差...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠新，杨莉玲，杨忠强，马文强，刘奎，刘佳，沈晓贺，阿布里孜，崔宽波，朱占江，买合木江，闫圣坤，
申请(专利权)人：新疆农业科学院农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：