前期工作(附流程图)

大米整精米检测与分离前期工作前期调研与材料选取我们小组从六月初开始按照拟定的功能讨论了各种方案。在学校假期及小学期的空闲时间，本项目组的5名同学开始进行相关的前期调研，包括与前期项目的学长学姐交流；参观及研究前期项目的成果；从图书馆、数据库、Q笀一切可能的地方收集相关学科、研资料等等。最终经过系统分析，从已讨论出的几种方案中选取了可靠性最高且较简便稳定的方案。在确定要实现前期项目未实现的嵌入式系统并做了大量研究对比后，我们决定选用arm9FL2440作为本项目的主控板,并选用Linux系统作为操作系统。原因如下：1.Linux内核精短、稳定性高、可拓展性好、硬件需求低、免费、网络功能丰富且适用于多种CPU。2.FL2440采用6层工业级核心板，在保证稳定性的同时，引出多达220个管脚，拥有同级产品中最强的扩展性能。3.FL2440采用DM9000AE100M网卡，而其他厂商仍使用已停产的DM9000EP（这会给开发板的使用带来很大麻烦）。4.FL2440首家BootLoader支持多系统启动、对F輀行分区、选择液晶屏的尺寸、选择执行地址、修改串口属性等强大功能。相比之下，其他开发板只能烧写对应的内核且只能在一个地址上运行。值得说明的是：FL2440Boot源码完全开放，方便学习和参考。5.Linux和WinCE在嵌入式系统中占有举足轻重的地位，°嬀双系统要求越来越高。FL2440作为产品，不仅本身集成了Linux/WinCE双系统，更为用户进一步了解双系统实现与硬件切换提供了参考。6.WinCE/Linux系统均可使用CMOS摄像头预览并拍照存盘。机械设计、数学模型及参数计算1.给料装置给料装置应实现米粒的均匀给料，并且要实现米粒的单层但列排队，才能为后续的图像识别打下基础。经过长时间的学习调研，和反复的讨论，我们决定选用电磁振动的方式实现自动给料。我们反复对比了两种形式的给料装置，平板式和盘形，平板式虽然结构相对简单，但是由于长度及形状的限制很难做到米粒的较好均匀分离，达到单行单列的效果，所以我们选择了盘形，并作了详细的分析及改良。振动上料器的状态方程中假定料槽和机座都是完全刚性体，料槽和底座都被限定在下位移和绕中心轴转动方式下工作

輀动都被忽略了，连接板弹簧的重量被认为分配到料槽和底座部分。另外，板弹簧被认为只产生沿厚度方向的弯曲变形，而不产生其它方式的变形。在以上这些假定条件下，系统只存在3个自由度：底座的上下运动(Y)和底座的旋转运动(θ），板弹簧的厚度方向的移动(d)，料盘的垂直运动和扭转运动可以用Y，θ和d三个参数表示。板弹簧产生轴向力F。和弯曲力Ft分别作用在料槽上半径为的圆周上和底座上半径为r。的圆周上。激振力R也分别作用在料槽和底座的垂直方向。另外，橡胶支脚提供了一个在半径为上的支撑力(Fv)和抵消扭转力(Fh)。该系统的总动能由料盘和底座的上下平移运动的动能和绕其轴心转动的动能组成。（1）系统的位能是由主振弹簧板弹簧(主振弹簧)和橡胶底脚的变形产生的位能和激振力能所组成的。（2）该系统的能量散失函数：（3）料盘方程的位置参数和可以用底座和板弹簧的位置参数通过下式表示：（4）（5）（6）该振动系统满足拉格朗日方程的条件（7）盘形供料器在变形和激励凡作用下的方程：（8）其中M为质量矩阵，D为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，U为激振力矩阵。式中：EMBEDEquation.KSEE3
（9）（10）（11）质量矩阵：（12）阻尼矩阵：（13）阀：（14）激振力矩阵：（15）忽略系统阻尼的影响，即令等式(8)中的B=0，并取系统的激振力Fd，这时有：（16）假定：（17）则有：（18）可利用MATLAB程序求解系统的固有频率和特征矩阵。由于系统有三个自由度，由方程可求解得三个固有频率，取其中的最高固有频率，将实际激振力振动频率代入激振力函数中，（19）利用MATLAB编程分别求得板弹簧的厚度和宽度参数、板弹簧安装角度与主振固有频率的关系，故选定合适的弹簧参数即可确定系统的最高固有频率，而由于加米粒后，系统固有频率会降低等原因，我们取振动频率为其85％～95％。由仿真及经验值，我们实取板弹簧厚度为6mm，宽为20mm，安装角为20。利用公式(8)可以求出系统3个自由度方向的最大振幅。应用公式(4)和(5)可以计算出料盘在工作频率下的上下振幅EMBEDEquation.KSEE3、扭转振幅，并可检验电磁激振器气隙变化量(气隙变化范围应约为0．5～1．5mm)。板弹簧安装角取值在通常状况下(15°-30°)，它的变化对系统的固有频率改变不大，而对料盘的两个方向振幅的影响比较大。由米粒的运动及受力情况确定螺旋滑道的螺旋升角，内的位置上运动，料道在斜坡表面平行方向和与它垂直的方向位置分别为和和（20）（21）料盘位置式带入可得：（22）当零件在静态摩擦力作用时，与料槽具有同样的速度（23）在二者间产生的摩擦力必须满足：（24）故需选择相应的螺旋升角值以适应米粒的相应运动。螺旋上升滑道采用先通用轨道再承接整理轨道的形式，以使得米粒逐渐整理成单层单列。滑道起始处安装压力传感器，以感知米粒的拥堵情况，若压力值大于预设值，则启动拨片，将拥堵的米粒全部挡回大盘内，以实现其自我调节。滑道料槽的横截面有“V”形和“︺”两种常见的形状。采用“︺”截面形状的料槽，此类料槽不易造成物料叠加，同一时刻可以下落更多的物料，单位时间产量会相对较高；有时会采用“V”形和“︺”混合使用在一台机子上，“︺”用于一次分选，这一阶段不考虑带出比只关心产量，“V”形用二次分选，振动给料器调节的相对较慢，物料可以一颗一颗的下落，减少带出比，间接提高色选精度。色选机的产量与滑槽数目有关，滑槽数目越多，产量就会越大；色选机的产量也与滑槽的形状有关，在V型槽、U型槽两种槽型中，V型槽产量最小，U型槽产量最大。V型槽的优点是色选精度高，坏米与好米的带出比小，原料杂质含量约为1％时，单通道每小时产量60Kg左右(这要视原粮的优劣而定)。U型槽产量大，坏米与好米带出比大，原料杂质含量约为1％时，单通道每小时产量80～100Kg左右及加工工艺等方面的考虑，决定选用V型槽。3.光电检测照相部分使用前后相对的两个CCD摄像头，以实现米粒的双面检测。光源LED光源体积小、重量轻、便于集成；工作电压低、耗电少；驱动方便，便于用软件控制；比普通光源单色性好；发光亮度高、发光效率高、亮度便于调整，但是一般非隔离稳压的LED的频率和市电频率一样是50-60Hz，在色选过程中，物料在脱离滑槽后，以大约3．5m／s的速度通过光电检测系统的检测点，信号的采集速度很高，普通50Hz的光源会干扰信号采集，所以色选机光源必须采用高频电源驱动。荧光灯可产生从紫外到红外范围的光谱，灯管内壁上的荧光物质不同，发出的光波不同。荧光灯发光效率较高，一般可达601m／W以上，辐射的总光量很容易达到几千流明，供电应采用稳压直流电源供电，以避免交流供电引起的频闪效应。因此，目前国内外先进色选机普遍采用使用寿命长、耗电量低的高亮荧光灯作为色选机光源。根据所查资料用于大米色选的光波长集中在430-530nm范围内。故选用此波长段的蓝色高亮荧光灯。背景板为了使大米得到良好的照明，我们采用同时给背景板及米粒照明的方式，将背景板与CCD摄像头上下放置，在其前方放置照明灯管

CCD摄像头CCD信号采集系统的工作流程为：米流在光源的照射下通过由CPLD时钟驱动的CCD动态采集图像，采集到的图像模拟数据D转换电路转换成数字数据流后传送到SDRAM中，之后再由DSP通过对采集的图像数据进行实时处理和运算。4.分离装置由一个气泵对接一个金属瓶，瓶口安装一个电磁气阀，最后选用大小合适的喷嘴以实现喷气分离。喷嘴下是一个分选槽，若为符合要求的米粒则沿抛物线轨迹下落至正常区域，若接受到坏米信号，则启动气阀，通过小喷嘴精确吹离正常轨道，至另一槽中。控制部分工业摄像头接arm板的usb口，arm的串口接一控制电路，由此控制电路与控制三个时间继电器，三个时间继电器分别控制一个电磁气阀。图像经高频工业摄像头（每235ms拍摄一张）采集后可以基本保证拍摄下落的大米没有拖尾现象。经过pc机交叉编译，利用opencv编写相关的算法并下到arm板上，图像经usb口传至arm