专利名称：计算机视觉排种器试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于农业机械性能试验测试设备，尤其是涉及一种计算机视觉排种器试验台。
背景技术：
近年来，我国播种机械发展迅速，需求量不断增加，适宜高速作业的气力式排种器得到了日益广泛的应用。为高效率的研制和改进排种器，各科研院所、企业普遍应用排种器试验台作为排种器性能试验测试设备，优点是可以不受田间条件的限制，模拟各种工况，对排种器性能进行深入试验、研究或鉴定。
随着机械化播种技术、测控技术以及计算机技术的迅速发展，目前应用的排种器试验台已不能满足高速气力式排种器性能试验测试技术要求，现有的排种器试验台利用光电传感器测量排种器转速、种床带速和风压，传感器输出的电信号经由锁存器、放大器组成的系统将瞬时值送入微机，然后用数字或图像在微机显示器上显示，由打印机打印输出。例如，中国专利公开号CN85201873U，公告日1986年3月19日，发明创造的名称为‘蔬菜排种器试验台’，该申请案公开了一种蔬菜排种器试验台，由试验台架、种床输送带、排种器安装架、输送带涂油装置、气源、传动机构、检测与监视系统以及数据处理系统构成。该试验台利用电荷耦合CCD摄像技术，通过专用接口与微处理技术连为一体，进行蔬菜小粒种子的快速自动检测；利用光电传感器测量排种器转速，在传动轴上安装与排种器轴转速相同的分度圆盘，该盘等分为360度并贴有360个红外反光片，通过该红外反光片进行测量计数；利用光电传感器测量种床带速，在种床输送带上每隔5mm贴有红外反光片进行测量计数；种床输送带拖动电机、排种器拖动电机采用可控硅直流调速电动机，调速准确度低，调速范围窄。其不足之处是测量精度不够精确、机械结构复杂、使用操作不方便、效率不够高、应用范围窄。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种测量精度高、机械结构简单、使用操作方便、效率高、应用范围广的计算机视觉排种器试验台，该计算机视觉排种器试验台的排种器转速、种床带速和风压能在较大范围内调整，可对播不同作物种子的高速气力式排种器进行性能试验测试。
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下述技术方案本实用新型的计算机视觉排种器试验台，包括试验台架6，安装在试验台架6上的喷油装置1、排种器安装架2、排种器驱动电机5、种床输送带8、油泵11和输送带驱动电机18，以及气源风机24、计算机视觉系统和控制系统，排种器驱动电机5通过传动链条3与排种器49相连，输送带驱动电机18通过传动带16与滚筒皮带轮15相连，所述计算机视觉系统包括工业摄像机7、工业黑白图像PCI采集卡50、微处理机20、显示器21以及安装在微处理机20上的RS232串口52和打印接口51，所述工业摄像机7用于种子粒距测定，所述工业黑白图像PCI采集卡50用于种子视频信息图像转换，可将工业摄像机7测得的种子图像信息输入微处理机20，所述的微处理机20用于对测量数据进行处理，自动计算处理得出有关均匀性、稳定性、一致性播种精度指标，所述显示器21用于显示图像和数据，所述RS232串口52用于与PLC控制器53进行数据输入、输出，所述的打印接口51用于输出试验数据、报表和频率直方图。其中，所述的工业摄像机7输入输出接口与工业黑白图像PCI采集卡50的输入输出接口相连，所述RS232串口52的输入输出接口与PLC控制器53输入输出接口相连，打印接口51的输出端与打印机19输入接口相连。
作为本实用新型的控制系统可采用下述设计方案。它包括播种盘转速传感器4、种床输送带传感器14、PLC控制器53、D/A模块54以及变频器55、变频器56，所述播种盘转速传感器4用于测量播种盘转速，所述种床输送带传感器14用于测量种床输送带8的前进速度，所述PLC控制器53用于控制排种器驱动电机5、输送带驱动电机18、油泵11和气源风机24运行，并将测量数据通过所述RS232串口52输入微处理机20，所述的D/A模块54以及变频器56、55用于变频调速控制排种器驱动电机5、输送带驱动电机18。其中，所述播种盘转速传感器4同轴心安装在排种器传动轴32端部，该播种盘转速传感器4的输出端与PLC控制器53的输入端相连；所述的种床输送带传感器14同轴心安装在滚筒皮带轮15轴端部，该种床输送带传感器14的输出端与PLC控制器53的输入端相连；所述PLC控制器53输入输出接口与D/A模块54的输入输出接口相连，并通过变频器56和变频器55分别与排种器驱动电机5输入端和输送带驱动电机18输入端相连。
本实用新型的播种盘转速传感器4采用高精度增量型转速编码器58。
本实用新型的种床输送带传感器14采用高精度增量型转速编码器57。
本实用新型的计算机视觉排种器试验台，还可以在风管25上安装有数字风压显示器26。
作为本实用新型的排种器驱动电机5、输送带驱动电机18、气源风机24可以采用变频调速电机。
本实用新型的计算机视觉排种器试验台，其播种盘转速调节范围为15～300r/min，种床输送带速度调节范围为1.5～14km/h。
作为本实用新型的一个优选方案，所述的排种器安装架2上的丝杆座28、33通过丝杆29、34、47共四根对称支撑在左右两根铰接轴44的两端，该铰接轴44两根通过轴承43、46分别支撑套装在左管梁45和右管梁48内，位于左管梁45、右管梁48上的左支臂27和右支臂35分别水平固装在左丝杠41和右丝杠36的顶部，所述的左丝杠41、右丝杠36分别垂直套装在左丝杠套座40和右丝杠套座37内，在左丝杠套座40、右丝杠套座37上设有手轮38、39，旋转该手轮38、39驱动左丝杠41和右丝杠36垂直升降；在所述的排种器安装架2上水平设有横梁31，该横梁31上固装竖管梁30、42，排种器49安装在竖管梁30、42上。
作为本实用新型的进一步改进，在种床输送带8的下面设有上托辊9和下托辊10，所述的上托辊9和下托辊10支承在试验台架6上；在所述的种床输送带8末端下方设有刮油刮种板13，且该刮油刮种板13与下带面相贴。
由于采用上述技术方案，本实用新型提供的计算机视觉排种器试验台具有的有益效果是1.测量精度高；2.结构简单；3.使用操作方便；4.效率高；5.应用范围广。
图1是本实用新型计算机视觉排种器试验台的结构示意图；图2是图1中所示排种器安装架的结构示意图；图3是图2的侧视图；图4是图2的俯视图；图5是本实用新型计算机视觉排种器试验台系统原理方框图；
图6是本实用新型计算机视觉排种器试验台PLC控制系统原理图；图7是视觉系统的主程序流程图；图8是图像识别处理子程序流程图。
图中喷油装置1 排种器安装架2 传动链条3 播种盘转速传感器4 排种器驱动电机5 试验台架6 工业摄像机7 种床输送带8 上托辊9 下托辊10 油泵11 油池12 刮油刮种板13 种床输送带传感器14 滚筒皮带轮15传动带16 油种分离器17 输送带驱动电机18 打印机19 微处理机20 显示器21 控制柜22 稳压电源23 气源风机24 凤管25 数字风压显示器26左支臂27 丝杆座28、33 丝杆29、34、47 竖管梁30、42 横梁31 排种器传动轴32 右支臂35 右丝杠36 右丝杠套座37 手轮38、39 左丝杠套座40 左丝杠41 轴承43、46 铰接轴44 左管梁45 右管梁48 排种器(49)工业黑白图像PCI采集卡50 打印接口51 RS232串口52 PLC控制器53D/A模块54 变频器55、56 增量型转速编码器57、58具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述图1中，本实用新型计算机视觉排种器试验台，包括试验台架6，安装在试验台架6上的喷油装置1、排种器安装架2、排种器驱动电机5、种床输送带8、油泵11和输送带驱动电机18，以及气源风机24、计算机视觉系统和控制系统，排种器驱动电机5通过传动链条3与排种器49相连，输送带驱动电机18通过传动带16与滚筒皮带轮15相连，稳压电源23为计算机视觉排种器试验台提供可靠电源，控制系统置于控制柜22内。参见图5，所述的计算机视觉系统包括工业摄像机7、工业黑白图像PCI采集卡50、微处理机20、显示器21以及安装在微处理机20上的RS232串口52和打印接51，所述的工业摄像机7用于种子粒距测定，所述的工业黑白图像PCI采集卡50用于种子视频信息图像转换，可将工业摄像机7采集的种子图像信息输入微处理机20，所述微处理机20用于对测量数据进行处理，自动计算处理得出有关均匀性、稳定性、一致性播种精度指标，所述的显示器21用于显示图像和数据，所述的RS232串口52用于与PLC控制器53进行数据输入、输出，所述的打印接口51用于输出试验数据、报表和频率直方图。
在本实施例中，所述的工业摄像机7输入输出接口与工业黑白图像PCI采集卡50的输入输出接口相连，所述RS232串口52的输入输出接口与PLC控制器53输入输出接口相连，打印接口51的输出端与打印机19输入接口相连。
如图5、图6所示，控制系统包括播种盘转速传感器4、种床输送带传感器14、PLC控制器53、D/A模块54以及变频器55、56，所述的播种盘转速传感器4用于测量播种盘转速，所述种床输送带传感器14用于测量种床输送带8的前进速度，所述的PLC控制器53用于控制排种器驱动电机5、输送带驱动电机18、油泵11和气源风机24运行，并将测量数据通过所述RS232串口52输入微处理机20，所述的D/A模块54以及变频器56、55用于变频调速控制排种器驱动电机5、输送带驱动电机18。
在本实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，所述的播种盘转速传感器4同轴心安装在排种器传动轴32端部，所述的种床输送带传感器14同轴心安装在滚筒皮带轮15轴端部，在图5中，该播种盘转速传感器4的输出端与PLC控制器53的输入端相连；该种床输送带传感器14的输出端与PLC控制器53的输入端相连；所述的PLC控制器53的输入输出接口与D/A模块54的输入输出接口相连，并通过变频器56和变频器55分别与排种器驱动电机5和输送带驱动电机18相连。
在优选实施例中，如图5所示，所述的播种盘转速传感器4采用高精度增量型转速编码器58；所述的种床输送带传感器14采用高精度增量型转速编码器57；图1中，为了保证准确测量气源系统风压，在凤管25上安装有数字风压显示器26；在本实施例中，所述的排种器驱动电机5、输送带驱动电机18、气源风机24采用变频调速电机。通过控制系统变频调速可满足高速排种器的试验要求，播种盘转速调节范围为15～300r/min，种床输送带前进速度调节范围为1.5～14km/h。
在图2、图3和图4中，所述的排种器安装架2上的丝杆座28、33通过丝杆29、34、47共四根对称支撑在左右两根铰接轴44的两端，该铰接轴44两根通过轴承43、46分别支撑套装在左管梁45和右管梁48内，位于左管梁45、右管梁48上的左支臂27和右支臂35分别水平固装在左丝杠41和右丝杠36的顶部，所述的左丝杠41、右丝杠36分别垂直套装在左丝杠套座40和右丝杠套座37内，在左丝杠套座40、右丝杠套座37上设有手轮38、39，旋转该手轮38、39驱动左丝杠41和右丝杠36垂直升降；在所述的排种器安装架2上水平设有横梁31，该横梁31上固装竖管梁30、42，排种器49安装在竖管梁30、42上。
在本实施例中，如图1所示，为了防止种床输送带8下沉和跑偏，可以在种床输送带8的下面设有上托辊9和下托辊10，所述的上托辊9和下托辊10支承在试验台架6上；为了使运行至种床输送带末端的油和种子完全脱离，可以在所述的种床输送带8末端下方设有刮油刮种板13，且该刮油刮种板13与下带面相贴。这样，刮下的油和种子通过设在种床输送带8末端下方的油种分离器17过滤分离，油直接回落到油种分离器17下方的油池12内，以便循环使用。
本实用新型计算机视觉系统的工作流程为如图7所示，工业摄像机7实时采集种子第N帧图像，对该图像进行噪声处理，对比度加强，计算图像有效范围。如图8所示，计算机视觉系统子程序对当前有效图像进行逐行像素处理，特征提取匹配并计算种子中心坐标，当采集到Nmax帧图像时，计算机视觉系统进行种间距离测量，落种数统计，统计单位时间落种数，生成报表及性能曲线。
权利要求1.一种计算机视觉排种器试验台，包括试验台架(6)，安装在试验台架(6)上的喷油装置(1)、排种器安装架(2)、排种器驱动电机(5)、种床输送带(8)、油泵(11)和输送带驱动电机(18)，以及气源风机(24)、计算机视觉系统和控制系统，排种器驱动电机(5)通过传动链条(3)与排种器(49)相连，输送带驱动电机(18)通过传动带(16)与滚筒皮带轮(15)相连，其特征在于所述的计算机视觉系统包括工业摄像机(7)、工业黑白图像PCI采集卡(50)、微处理机(20)、显示器(21)以及安装在微处理机(20)上的RS232串口(52)和打印接口(51)，所述的工业摄像机(7)用于种子粒距测定，所述的工业黑白图像PCI采集卡(50)用于种子视频信息图像转换，可将工业摄像机(7)采集的种子信息输入微处理机(20)，所述的微处理机(20)用于对测量数据进行处理，自动计算处理得出有关均匀性、稳定性、一致性播种精度指标，所述的显示器(21)用于显示图像和数据，所述的RS232串口(52)用于与PLC控制器(53)进行数据输入、输出，所述的打印接口(51)用于输出试验数据、报表和频率直方图；其中，所述的工业摄像机(7)输入输出接口与工业黑白图像PCI采集卡(50)输入输出接口相连，所述RS232串口(52)的输入输出接口与PLC控制器(53)输入输出接口相连，打印接口(51)的输出端与打印机(19)输入接口相连；所述控制系统包括播种盘转速传感器(4)、种床输送带传感器(14)、PLC控制器(53)、D/A模块(54)以及变频器(55)、(56)，所述的播种盘转速传感器(4)用于测量播种盘转速，所述种床输送带传感器(14)用于测量种床输送带(8)的前进速度，所述的PLC控制器(53)用于控制排种器驱动电机(5)、输送带驱动电机(18)、油泵(11)和气源风机(24)运行，并将测量数据通过所述RS232串口(52)输入微处理机(20)，所述的D/A模块(54)以及变频器(56)、(55)用于变频调速控制排种器驱动电机(5)、输送带驱动电机(18)；其中，所述的播种盘转速传感器(4)同轴心安装在排种器传动轴(32)端部，该播种盘转速传感器(4)的输出端与PLC控制器(53)的输入端相连；所述的种床输送带传感器(14)同轴心安装在滚筒皮带轮(15)轴端部，该种床输送带传感器(14)的输出端与PLC控制器(53)的输入端相连；所述的PLC控制器(53)的输入输出接口与D/A模块(54)的输入输出接口相连，并通过变频器(56)和变频器(55)分别与排种器驱动电机(5)输入端和输送带驱动电机(18)输入端相连。
2.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于所述的播种盘转速传感器(4)采用高精度增量型转速编码器(58)。
3.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于所述的种床输送带传感器(14)采用高精度增量型转速编码器(57)。
4.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于在凤管(25)上安装有数字风压显示器(26)。
5.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于所述的排种器驱动电机(5)、输送带驱动电机(18)、气源风机(24)采用变频调速电机。
6.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于播种盘转速调节范围为15～300r/min，种床输送带前进速度调节范围为1.5～14km/h。
7.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于所述的排种器安装架(2)上的丝杆座(28)、(33)通过丝杆(29)、(34)、(47)共四根对称支撑在左右两根铰接轴(44)的两端，该铰接轴(44)两根通过轴承(43)、(46)分别支撑套装在左管梁(45)和右管梁(48)内，位于左管梁(45)、右管梁(48)上的左支臂(27)和右支臂(35)分别水平固装在左丝杠(41)和右丝杠(36)的顶部，所述的左丝杠(41)、右丝杠(36)分别垂直套装在左丝杠套座(40)和右丝杠套座(37)内，在左丝杠套座(40)、右丝杠套座(37)上设有手轮(38)、(39)，旋转该手轮(38)、(39)驱动左丝杠(41)和右丝杠(36)垂直升降；在所述的排种器安装架(2)上水平设有横梁(31)，该横梁(31)上固装竖管梁(30)、(42)，排种器(49)安装在竖管梁(30)、(42)上。
8.根据权利要求1所述的计算机视觉排种器试验台，其特征在于在种床输送带(8)的下面设有上托辊(9)和下托辊(10)，所述的上托辊(9)和下托辊(10)支承在试验台架(6)上；在所述的种床输送带(8)末端下方设有刮油刮种板(13)，且该刮油刮种板(13)与下带面相贴。
专利摘要本实用新型公开了一种计算机视觉排种器试验台，旨在提供一种测量精度高、结构简单、使用操作方便、效率高、应用范围广的计算机视觉排种器试验台，它包括试验台架，安装在试验台架上的喷油装置、排种器安装架、排种器驱动电机、种床输送带、油泵和输送带驱动电机，以及气源风机、计算机视觉系统和控制系统。计算机视觉系统采用工业摄像机，通过工业黑白图像PCI采集卡与微处理机相连；控制系统采用高精度增量型转速编码器，通过PLC控制器与微处理机的RS232串口相连。本实用新型用于高速气力式排种器性能试验测试。
文档编号G01M99/00GK2777527SQ200520020660
公开日2006年5月3日 申请日期2005年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者蔡晓华, 吴泽全, 刘俊杰, 孔繁亮, 程睿 申请人:黑龙江省农业机械工程科学研究院