一种椰子开孔设备工作状态识别方法与流程

本发明涉及椰子自动开孔设备工作状态的识别及智能控制方法，属于电子技术领域和机械设备领域。

背景技术：

随着生活水平的提高，椰子成为日常饮用和食用的水果。目前椰子的消耗量呈现逐年上升的趋势。人们在饮用椰汁的同时也有对椰肉的食用方面的需求。这就产生了对快速可靠的、无需人员干预的椰子开孔设备的需求。设备对椰子所开的孔要既能够满足饮用椰汁的需求，同时也方便使用餐具挖出椰肉。因此椰子顶部开孔直径要在50-100mm才能保证对椰汁饮用和椰肉食用的需求。

椰子为最大的核果之一，呈圆形或椭圆形，主要由椰衣纤维、椰子壳、种皮、椰肉(固体胚乳)和椰子水(液体胚乳)组成。椰子从食用角度主要是椰肉和椰子水两部分，具有很高的营养价值。

由于椰肉及椰子水包裹在椰壳内部，椰壳质地坚硬、冷热不易变形。在食用椰肉及椰子水时撬开坚硬的外壳需要相关的工具而且费时费力。

技术实现要素：

本发明的目的是：实现高效的椰子开孔过程。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种椰子开孔设备工作状态识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、嵌入式控制单元通过抱紧机构张角位置限位开关检测抱紧爪是否从上一个工作状态回复至预定的初始位置，若回复至初始位置，则通过椰子抱紧电机驱动抱紧爪将椰子抱紧，在抱紧过程中，嵌入式控制单元通过椰子抱紧电机电流检测传感器检测椰子抱紧电机的抱紧电机工作电流，椰子被抱紧时刻，抱紧电机工作电流产生跃变，嵌入式控制单元对抱紧电机工作电流进行微分计算从而判断其抱紧爪抱紧椰子的松紧程度；

步骤2、抱紧爪将椰子抱紧后，嵌入式控制单元通过切刀初始限位开关判断切刀是否从上一个工作状态回复至预定的初始位置，若回复至初始位置，则嵌入式控制单元通过切刀进给装置驱动切刀由上往下运动的同时，通过开孔刀旋转驱动电机驱动切刀同步旋转，在此过程中，嵌入式控制单元通过旋转电机电流检测传感器检测开孔刀旋转驱动电机的切刀工作电流，当嵌入式控制单元检测到切刀工作电流产生微小的向上阶跃变化时，表示切刀接触到椰子棕外衣层，当嵌入式控制单元检测到切刀工作电流的向上阶跃量增加较大时，表示切刀接触到椰子的黑皮层及木质硬壳层，当嵌入式控制单元检测到切刀工作电流产生下降方向的阶跃时，表示切刀触及椰子中较软的白色果肉层，此时，嵌入式控制单元通过切刀进给装置将切刀快速抬起

优选地，所述嵌入式控制单元通过所述切刀工作电流的一阶导数和二阶导数的运算来判别电流的上升阶跃及下降阶跃。

本发明通过辅助的相关传感器及执行电气元件结合椰子开孔设备工作状态识别方法，实现了高效的椰子开孔过程。

本发明提供的识别方法可以在开孔过程中通过相关执行机构反馈信号的变化趋势对椰子品相进行状态的评估与预判，保证了不同品相椰子开孔过程稳定性及提高设备工作效率和开孔效果的美观。

附图说明

图1是本发明的工作状态识别系统总体结构示意图；

图2是本发明的椰子开孔设备结构示意图；

图3是本发明的椰子开孔设备工作状态识别流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种椰子开孔设备工作状态识别方法涉及的系统如图1所示，包括工作状态识别单元、工作状态切换单元、嵌入式控制单元和工作状态识别算法。

嵌入式控制单元采用arm系列stm32f103rct6作为mcu，控制协调各模块单元运作，并对采集数据进行处理及存储以及与后台设备的通信等。

工作状态识别单元，主要实现设备中切刀驱动元件及椰子抱紧驱动元件的电流检测，为设备的工作状态及椰子开孔过程准确识别提供基础，采用电流传感器及位置开关等传感元件实现。

工作状态识别单元包括用于检测抱紧爪1是否回复到初始位置的抱紧机构张角位置限位开关，用于检测椰子抱紧电机的抱紧电机工作电流的抱紧电机电流检测传感器，用于检测切刀2是否回复到初始位置的切刀初始限位开关，用于检测开孔刀旋转驱动电机的切刀工作电流的旋转电机电流检测传感器。

针对上述的电流检测信号，分别采用霍尔型电流传感器进行采集与嵌入式控制单元之间通过a/d转换传输信息。ad转换采用2通道14位精度元器件，转换速率16khz。嵌入式控制单元与后台设备串行接口扩展的无线通讯模块连接，将嵌入式控制单元中的椰子自动开孔机的相关信息及状态传输到后台数据库。

工作状态切换单元，主要包括：椰子抱紧电机及相关功率驱动器件，如继电器组或电力电子元件构成的h桥；开孔刀旋转驱动电机及相关的功率驱动器件，如大功率继电器组及电力电子元件构成的h桥；用于驱动切刀进给装置3的开孔刀升降电机及相关功率驱动器件，如继电器组或电力电子元件构成的h桥。

嵌入式控制单元与工作状态切换单元所采用的元器件之间通过数字驱动电路元件及光电隔离元件进行控制信号的放大后实现椰子开孔设备的工作状态的动作切换。

工作状态识别算法通过嵌入式软件编程实现。通过控制器对椰子抱紧执行电机的工作电流和抱紧初始限位状态及切刀电机的工作电流和切刀初始限位状态的采集。针对抱紧电流和切刀工作电流，利用电流值及电流值的一阶导数和电流值的二阶导数判断抱紧动作的状态和椰子开口的状态；针对抱紧初始限位信号和切刀初始限位信号的动态变化情况分析及评判椰子开孔设备的是否处于正常状态。

结合图3，基于上述系统，椰子开孔设备的工作状态识别方法包括以下步骤：

步骤1、嵌入式控制单元通过抱紧机构张角位置限位开关检测抱紧爪1是否从上一个工作状态回复至预定的初始位置，若回复至初始位置，则通过椰子抱紧电机驱动抱紧爪1将椰子抱紧，在抱紧过程中，嵌入式控制单元通过椰子抱紧电机电流检测传感器检测椰子抱紧电机的抱紧电机工作电流，椰子被抱紧时刻，抱紧电机工作电流产生跃变，嵌入式控制单元对抱紧电机工作电流进行微分计算从而判断其抱紧爪1抱紧椰子的松紧程度；

步骤2、抱紧爪1将椰子抱紧后，嵌入式控制单元通过切刀初始限位开关判断切刀2是否从上一个工作状态回复至预定的初始位置，若回复至初始位置，则嵌入式控制单元通过切刀进给装置3驱动切刀2由上往下运动的同时，通过开孔刀旋转驱动电机驱动切刀2同步旋转，在此过程中，嵌入式控制单元通过旋转电机电流检测传感器检测开孔刀旋转驱动电机的切刀工作电流，当嵌入式控制单元检测到切刀工作电流产生微小的向上阶跃变化时，表示切刀1接触到椰子棕外衣层，当嵌入式控制单元检测到切刀工作电流的向上阶跃量增加较大时，表示切刀1接触到椰子的黑皮层及木质硬壳层，当嵌入式控制单元检测到切刀工作电流产生下降方向的阶跃时，表示切刀1触及椰子中较软的白色果肉层，此时，嵌入式控制单元通过切刀进给装置3将切刀2快速抬起，其中，嵌入式控制单元通过所述切刀工作电流的一阶导数和二阶导数的运算来判别电流的上升阶跃及下降阶跃。