專利名稱：精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中精密播種機(jī)的播種粒距均勻性的檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，播種機(jī)是最基本的作業(yè)設(shè)備。評(píng)價(jià)播種機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)就是播種粒距的均勻性。根據(jù)《GB6973-86單粒(精密)播種機(jī)試驗(yàn)方法》規(guī)定，對(duì)播種機(jī)的播種粒距均勻性鑒定需要分別進(jìn)行室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)。室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)播種粒距均勻性的基本方法是把播種機(jī)播種單體安置于一個(gè)傳送帶的上方，播種機(jī)單體播出的種子落到移動(dòng)的傳送帶上，然后測(cè)量傳送帶上種子的間距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出播種粒距均勻性的指標(biāo)。為了減少種子落到皮帶上彈跳引起的位置失真，常用的方法是在皮帶表面涂抹黃油或者鋪沙。田間試驗(yàn)檢測(cè)播種粒距均勾性的基本方法是人工檢測(cè)，播種機(jī)工作一段距離后，人工將種溝內(nèi)的土撥開，找出土壤中的種子，測(cè)量種子之間的距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。顯然，上述兩種方法不僅4乘作復(fù)雜，而且無法實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，種子位置的準(zhǔn)確性也難以保證。
目前也已經(jīng)有很多利用各種結(jié)構(gòu)的傳感器進(jìn)行播種粒距均勻性實(shí)時(shí)檢測(cè)的研究報(bào)道，其方法是在落種管的某個(gè)位置安裝傳感器，種子經(jīng)過傳感器產(chǎn)生脈沖，利用脈沖的時(shí)間間隔換算出種子落地后的分布距離。這種方法的最大不足是傳感器不可能安裝到接觸地面的位置，只能安裝到種子落地之前的某個(gè)位置，所測(cè)得的種子間距不能準(zhǔn)確反映種子落地以后的位置情況。
另外，在室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)中也有利用數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)傳送帶上的種子分布進(jìn)行拍攝，然后通過圖像處理程序進(jìn)行播種粒距的分析。這種方法的主要問題是在傳送帶以不同線速度移動(dòng)(模擬播種機(jī)的不同作業(yè)行進(jìn)速度)時(shí)，攝像機(jī)所拍攝的各幅圖像的交界重疊無法處理。另外，這種方法顯然不可能用于田間試驗(yàn)，因?yàn)樘镩g試驗(yàn)時(shí)種子直接落入種溝并且立即被回土覆蓋，無法拍攝到種子的分布位置圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于線陣CCD的掃描檢測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)落到傳送帶表面或者落到種溝內(nèi)種子瞬間位置的在線檢測(cè)。
本發(fā)明的機(jī)構(gòu)組成主要有六個(gè)部分外套筒、內(nèi)套筒、線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)、MCU系統(tǒng)、照明LED陣列和微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案為第一，外套筒是一段鋼管，外部焊接控制安裝角度的三角形支撐板和翼形板，與U形螺栓配合構(gòu)成安裝機(jī)構(gòu)，可以把外套筒緊固在被測(cè)播種機(jī)的開溝器(排種管)上，外套筒下端位置與排種管種子出口端平齊。外套筒長(zhǎng)度由線陣CCD攝像機(jī)鏡頭的對(duì)焦距離決定，即在上述安裝位置確定的條件下，使種子落到的表面(傳送帶表面或種溝底面)通過攝像機(jī)鏡頭正好在線陣CCD清晰聚焦。第二，內(nèi)套筒也是一段鋼管，內(nèi)徑保證攝像機(jī)鏡頭可以自如插入，外徑可以自如插入外套筒。內(nèi)套筒上端與儀器安裝板一體，用于安裝攝像機(jī)機(jī)身和MCU系統(tǒng)。內(nèi)套筒下端比外套筒短5-10cm,用于安裝照明LED陣列。第三，采用線陣CCD傳感器構(gòu)造的數(shù)碼攝像機(jī)，線陣CCD方向的確定原則攝像機(jī)鏡頭插入內(nèi)套筒、攝像機(jī)機(jī)身固定在儀器安裝板上以后，線陣CCD的像素排列方向要與播種方向垂直。第四，圖像采集處理MCU系統(tǒng)，配合程序負(fù)責(zé)采集線陣CCD攝像機(jī)的 圖像，在內(nèi)存中拼接為一幅連續(xù)圖像，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)識(shí)別出玉米種子的位置和間隔 時(shí)間。第五，在內(nèi)套筒的下端近地端安裝10只高亮度白光LED為線陣CCD攝像機(jī)提供照明。 第六，微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)，可以通過管道把駕駛室內(nèi)或遠(yuǎn)離開溝器部位的清潔空氣灌入套筒 內(nèi)部，防止套筒底端塵土上升。
本發(fā)明的工作原理線陣CCD只有1列象素，而一般數(shù)碼攝像機(jī)采用的都是面陣CCD， 有幾百列、幾千列像素。在相同的硬件采集速度下，采集1幀面陣CCD圖像的時(shí)間等于采集 幾百幀線陣CCD圖像的時(shí)間。所以，線陣CCD的幀采集頻率非?？?，很容易實(shí)現(xiàn)1000幀/秒 (目前最高可以達(dá)到5000幀/秒)。利用這樣的線陣CCD攝像機(jī)，可以拍攝一個(gè)場(chǎng)景中的很窄 的一條影像。如果攝像機(jī)和場(chǎng)景之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向垂直于線陣CCD的長(zhǎng)軸)， 連續(xù)拍攝的一條條影像拼接在一起就可以看到整個(gè)場(chǎng)景(與電腦上掃描儀的工作過程類似)。 這種拍攝方法用于拍攝播種過程中種子落地的場(chǎng)景，幾千幀圖像(幾千列像素)的合成就可 以再現(xiàn)種子在種溝內(nèi)分布的完整圖像。
微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)是本發(fā)明用于抑制外套筒上端有攝像機(jī)封閉，下端沒入種溝土壤中(用 于田間測(cè)量的時(shí)候)，外套筒內(nèi)腔與環(huán)境空氣隔離，可以防止攝像機(jī)鏡頭被灰塵蒙蔽。為了更 有效地防塵，還附加了微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)，可以通過管道把駕駛室內(nèi)或遠(yuǎn)離開溝器部位的清 潔空氣灌入套筒內(nèi)部，防止套筒底端塵土上升。
本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)了在線連續(xù)檢測(cè)；能夠得到種子落地的以后準(zhǔn)確位置的圖像 并計(jì)算出粒距；室內(nèi)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)皆可使用。


圖1是精播機(jī)播種粒距均勻性實(shí)時(shí)在線檢測(cè)裝置的總裝側(cè)視圖。 圖2是緊固機(jī)構(gòu)和鋼管外套筒機(jī)構(gòu)側(cè)視和俯視圖。 圖3是儀器安裝面板和照明內(nèi)套筒的側(cè)視和俯視圖。
圖中，U形螺栓l,緊固用的翼形板2，控制安裝角度的三角形支撐板3,外套筒4,鼓 風(fēng)管道插頭5，底層安裝板6，微型風(fēng)扇7，線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)8，線陣CCD傳感器9,攝 像機(jī)鏡頭10,圖像采集處理MCU系統(tǒng)11，儀器安裝板12，內(nèi)套筒13， LED安裝半月板14, 照明LED.陣列15,地面線16,種子17,種溝底部線18,播種機(jī)排種管19,播種機(jī)開溝器20, 微型風(fēng)扇安裝孔21。
具體實(shí)施例方式
參照附圖
外套筒4為內(nèi)徑40mm,長(zhǎng)度370mm的鋼管。外套筒上端焊接底層安裝板6。底層安裝板 6上面開有4個(gè)安裝孔，孔徑6. 2mm,通過這4個(gè)孔用螺栓固定儀器安裝板和線陣CCD數(shù)碼攝 寸I4幾的機(jī)身。
內(nèi)套筒13為內(nèi)徑外徑40mm,內(nèi)徑35mm，長(zhǎng)度300mm的鋼管。內(nèi)套筒13的下端安裝照明 LED陣列15。為了使照明LED陣列15安裝、清潔、布線方便，把內(nèi)套筒下端沿軸線開有寬度 IO咖、高度200隨左右的槽口。內(nèi)套筒上端焊接儀器安裝板l乙儀器安裝板12上面開有12 個(gè)安裝孔，其中4個(gè)孔與底層安裝板6上面的孔位置、孔徑相同，另外有4個(gè)安裝孔用于安 裝MCU系統(tǒng)，孔徑6. 2咖，還有4個(gè)孔用于安裝微型風(fēng)扇，孔徑4. 2mm。
4線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)8的主要部件是線陣CCD傳感器9和攝像機(jī)鏡頭10，分別采用日本 東芝公司的彩色線陣CCD圖像傳感器TCD2252D9和上海海鷗F80放大鏡頭自制而成。鏡頭外 徑33mm,可以自如插入內(nèi)套筒13。攝像機(jī)機(jī)身前面有4個(gè)M6的螺紋孔，與儀器安裝板12和 底層安裝板6上面的安裝孔配套，用于三者緊固安裝。經(jīng)過試驗(yàn)固定攝像機(jī)鏡頭IO的調(diào)焦環(huán) 得到不可變的物距和像距，使得攝像機(jī)8安裝并緊固到儀器安裝板12上以后，攝像機(jī)的像平 面正好是檢測(cè)期間外套筒下端種子落地后的位置。任何型號(hào)的彩色線陣CCD傳感器都可以用 于本發(fā)明，差別在于采集速率和分辨率。線陣CCD數(shù)碼^W象才幾8也可以不用自制，市場(chǎng)上可 以買到很多品牌的成品線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)，例如德國Basler公司的L100k線陣系列產(chǎn)品中 的SL104K-1K Storter。選用成品線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)時(shí)，鏡頭外徑可能與本實(shí)施方案不同， 只要相應(yīng)變化外套筒和內(nèi)套筒的直徑即可。
圖像采集處理MCU系統(tǒng)11以美國TI公司的專用視頻/圖像處理芯片TMS320DM642為核心， 結(jié)合產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和視頻控制信號(hào)的CPLD芯片LC4128V100-5、負(fù)責(zé)線陣CCD圖像傳感器輸 出信號(hào)的放大、A/D轉(zhuǎn)換的視頻信號(hào)處理器XRD98L23ACD、存儲(chǔ)程序的Flash存儲(chǔ)器 Am29LV160DB、存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SDRAM) IS42S16400-7T等構(gòu)成。圖像 采集速率為1000幀，每幀釆集1024個(gè)像素。
照明LED陣列15由10只超高亮白光LED排成兩列，安裝在內(nèi)套筒13下端焊接的半月板 14上，為攝像提供照明。
微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)只有在田間檢測(cè)而且因土壤干燥揚(yáng)塵較大的場(chǎng)合才需要啟用。微型風(fēng) 扇7采用12V/0. 13A的電腦CPU冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇進(jìn)氣管道為方便裝卸的內(nèi)徑20mm的塑料軟管， 長(zhǎng)度3m左右。風(fēng)扇的出風(fēng)管道也是內(nèi)徑20mm的塑料軟管固定連接到外套筒4上面的鼓風(fēng)管 道插頭5。
權(quán)利要求
1. 一種精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置，其特征是由外套筒、內(nèi)套筒、線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)、MCU系統(tǒng)、照明LED陣列和微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)六個(gè)部分組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置，其特征是外套筒配合三角形支撐板、翼形板以及U形螺栓可以緊固到被測(cè)播種機(jī)的開溝器(排種管)上，外套筒上端與底層安裝板一體，底層安裝板上有4個(gè)緊固螺栓孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置，其特征是內(nèi)套筒與儀器安裝板一體，內(nèi)套筒下端安裝照明LED陣列，內(nèi)套筒外徑與外套筒內(nèi)徑間隙配合，內(nèi)套筒內(nèi)徑與攝像機(jī)鏡頭外徑間隙配合，儀器安裝板上有安裝底層安裝板和攝像機(jī)機(jī)身、MCU系統(tǒng)、微型風(fēng)扇的緊固螺栓孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置，其特征是線陣CCD攝像機(jī)機(jī)身前面有A個(gè)M6的螺紋孔，用于安裝連接儀器安裝板和底層安裝板的緊固螺栓，線陣CCD攝像機(jī)的鏡頭插入內(nèi)套筒、攝像機(jī)機(jī)用螺栓與儀器安裝板、底層安裝板緊固以后，線陣CCD的像素排列方向與播種方向垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置，其特征是微型風(fēng)扇安裝在儀器安裝板上，進(jìn)風(fēng)口通過軟管引入清潔空氣，出風(fēng)口通過軟管通向內(nèi)外套筒內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于線陣CCD的精播機(jī)播種粒距均勻性在線檢測(cè)裝置，在播種機(jī)研制和播種機(jī)性能鑒定時(shí)用于室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)和田間作業(yè)試驗(yàn)的播種粒距均勻性檢測(cè)。本發(fā)明由外套筒、內(nèi)套筒、線陣CCD數(shù)碼攝像機(jī)、MCU系統(tǒng)，照明LED陣列和微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)六個(gè)部分組成。外套筒利用U形螺栓固定在被測(cè)播種機(jī)的開溝器上，下端帶有照明LED陣列的內(nèi)套筒插入外套筒，線陣CCD攝像機(jī)插入內(nèi)套筒，圖像采集處理MCU系統(tǒng)在程序控制下采集線陣CCD圖像，在內(nèi)存中拼接為一幅連續(xù)圖像，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)識(shí)別種子位置、統(tǒng)計(jì)間隔時(shí)間、計(jì)算種子距離。微型風(fēng)扇鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)用于攝像機(jī)鏡頭防塵。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101498624SQ20081000663
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者史智興, 尹輝娟, 蔡洪岳 申請(qǐng)人:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)