水果机器视觉重量综合分选机机械系统及称重模块的设计

论文摘要

水果分选是水果进入流通领域的一个重要环节,直接关系到水果生产的效益。在市场经济高度发达的今天,异地销售、大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化。而水果分选就是实现水果商品标准化的最基础的一步。我国是水果生产大国,但绝大部分水果来源于农村集体和个体种植户,其品质差别很大,加上采摘及运输过程中不同程度的损伤等影响,给水果的分选工作带来一定的困难。尤其是在出口的水果当中,由于大部分没有经过严格的分级处理,致使出口价格偏低,每年的经济损失上亿美元。目前我国的水果分选工作多由人工完成,缺点是劳动强度大,生产率低且分选精度不稳定。采用微机控制的机电一体化设备来代替人工作业,可以实现水果分选的自动化,有效地提高分选效率和分选精度。因此,研究开发水果采后的自动化处理设备,对水果进行分级筛选然后销售或加工,是我国目前农业机械化研究的重要课题。本论文的研究主要以机械设计基础、单片机应用及接口技术、单片机的C语言应用程序设计、模拟电子基础、C程序设计等学科的理论为基础,主要研究和设计了水果机器视觉重量综合分选机的机械系统和称重模块。具体研究内容如下:1.设计制作了水果机器视觉重量综合分选机的机械系统,并用该系统做了水果的运行试验。试验表明,整机运行情况正常,满足预期设计要求。能实现大小相差近一倍的苹果（直径50 mm-100 mm）的近似等角速度均匀翻转和平稳无冲击卸料,且卸料之后的苹果没有出现明显的机械损伤。2.设计了水果机器视觉重量综合分选机的称重模块。硬件电路主要由低通滤波电路、A/D转换电路、键盘/显示电路和复位及存储电路组成。由安装在滚子下面的称重传感器检测水果重量,将水果的重量信号转换为模拟电压信号,再经过低通滤波电路滤波,经A/D转换器模数转换后,送入称重模块控制器进行数据处理,并得出水果的重量值。3.设计了水果分选机的同步控制系统。并通过试验表明,在预期的水果输送速度下,能够完成输送线上水果动态位置的实时检测和连续跟踪,及水果重量、水果等级和水果位置信息的正确配准。4.利用C语言完成了整个系统的软件设计,并通过了调试。主程序主要包括A/D转换子程序、中断服务子程序、数据存储子程序、数据处理子程序、键盘显示子程序及CAN总线程序等。5.用设计完成的整个系统进行了试验,试验表明,该分选机在同步控制系统的控制下,各模块能协调工作,对水果进行外观品质检测和重量检测;通过用大小不等的苹果进行多次试验及对试验结果的分析,得出了水果的重量信号与A/D转换值之间的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 序言
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 大小分选机的研究现状
• 1.2.1.1 筛子分选法
• 1.2.1.2 回转带分选法
• 1.2.1.3 辊轴分选法
• 1.2.1.4 滚筒式分选法
• 1.2.2 重量分选机的研究现状
• 1.2.3 外观品质分选机的研究现状
• 1.2.4 内部品质分选机的研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 主要研究内容
• 2 水果分选机的主要组成及工作原理
• 3 水果分选机机械系统的设计
• 3.1 机体框架的设计及其上的组件布置
• 3.2 传动系统的设计
• 3.2.1 电动机和减速器的选择
• 3.2.2 输送链的设计
• 3.3 水果输送翻转机构的结构及工作原理
• 3.4 水果分级卸料装置的结构及工作原理
• 3.5 称重试验台的设计
• 3.5.1 称重试验台结构及工作原理
• 3.5.2 水果支承滚子组件及分选杠杆组件的组成及工作原理
• 3.5.3 称台的设计
• 3.5.4 力学分析
• 3.5.4.1 水果质量的理论计算
• 3.5.4.2 传感器受力与力的作用点的关系分析
• 3.5.4.3 动态条件下传感器受力分析
• 4 称重模块及同步控制系统硬件的设计
• 4.1 设计原则
• 4.2 称重模块硬件的设计
• 4.2.1 称重器件的选择
• 4.2.1.1 称重传感器量程的选择
• 4.2.1.2 称重变送器的选择
• 4.2.2 CPU 的选择
• 4.2.3 称重信号处理电路的设计
• 4.2.3.1 A/D 转换器的选择
• 4.2.3.2 低通滤波电路的设计
• 4.2.4 键盘显示电路的设计
• 4.2.5 复位电路的设计
• 4.2.6 系统存储电路的设计
• 4.3 同步控制系统的硬件设计及实现方法
• 4.3.1 同步控制系统的总体设计及工作原理
• 4.3.1.1 系统同步定时信号的产生及传输
• 4.3.1.2 CAN 通讯接口设计
• 4.3.2 同步称重过程的实现
• 4.3.3 水果等级信息与其实时位置的动态配准方法
• 4.4 电源模块的选择
• 4.5 单片机硬件抗干扰设计
• 4.5.1 印刷电路板中模拟地线布局
• 4.5.2 电源线设计
• 4.5.3 去耦电容配置
• 5 软件设计
• 5.1 软件总体设计方案
• 5.2 CPU 资源分配
• 5.2.1 中断系统的设计
• 5.2.2 CPU 内存分配
• 5.3 主程序模块
• 5.3.1 ZLG7290 键盘扫描及显示模块
• 5.3.2 A/D 转换模块
• 5.3.3 系统存储模块
• 5.3.4 通讯模块
• 6 试验与结果分析
• 6.1 试验内容
• 6.2 试验及结果分析
• 7 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况