一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，包括：产生种芽信号的甘蔗种芽感应机构，对种芽信号放大的种芽信号放大电路，对放大后的种芽信号进行计数及显示的种芽计数及显示系统，其中：所述种芽感应机构包括：橡胶套，呈喇叭形；橡胶片，其若干橡胶片固定于远离橡胶套喇叭形端的套壁上；以及每个橡胶片上贴有一电阻式应变片；其中，由电阻式应变片产生种芽信号传递至种芽信号放大电路，种芽信号放大电路输出放大信号进入种芽计数与显示系统，可对甘蔗种芽进行检测并计数，为切割甘蔗种时防芽伤作保障。
【专利说明】一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种甘蔗种芽计数系统，特别涉及一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统。
【背景技术】
[0002]目前，国内外已经逐步推广甘蔗机械化种植技术，国内研发的部分新型甘蔗种植机功能相对齐全，但尚未配备专业的蔗种切割防伤芽装置，还不能完全实现自动化，尤其是无法解决自动化切种伤芽率高的问题，难以保证新植甘蔗的发芽率，这将对来年的甘蔗产量产生较大影响。
[0003]甘蔗种植机在切割甘蔗种时，要准确有效的做到不切芽、不伤芽，就必须准确判断与识别甘蔗种芽在甘蔗茎杆上的具体位置，而根据甘蔗种芽生长在其茎节上的特征，即可判断甘蔗种芽的具体位置。
[0004]中国发明专利(专利号:201210123151.7)公开了一种基于计算机视觉的甘蔗切割防伤芽系统，主要包括切割器、CCD摄像头及由电机控制器驱动的夹持输送机构。其结构简单，能识别出茎节的位置，基本能实现切割甘蔗种防伤芽功能，但是仍存在以下问题:1.每节甘蔗(即相邻两个茎节的间距)长短不一，而以固定的长度为依据切取蔗种难以保证每段甘蔗种均含有三个茎节种芽，无法完全满足每段蔗种均含有三个茎节的农艺要求；2.基于计算机视觉的图像处理所需的摄像头等设备易受田间振动和天气等作业环境的影响与干扰；3.其甘蔗切割与输送机构的运动控制复杂，精确性要求较高。
[0005]因此，急需重新设计一套简单、有效以及可靠的甘蔗种切割防伤芽系统，保护蔗芽的完整性，增加单位种植面积内有效的蔗种数量，为提高蔗种的发芽率提供有力保障。
【发明内容】
[0006]为了克服【背景技术】中的不足，发明了一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，该系统可对甘蔗种芽进行检测并计数，经检测后，切割所得的甘蔗种既可满足农艺要求，又可降低甘蔗种芽的伤害率，为提高蔗种的发芽率作保障。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案:
[0008]一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，包括:
[0009]产生种芽信号的甘鹿种芽感应机构；
[0010]对种芽信号放大的种芽信号放大电路；
[0011]对放大后的种芽信号进行计数及显示的种芽计数及显示系统；
[0012]所述种芽感应机构包括:
[0013]橡胶套，呈喇叭形；
[0014]橡胶片，其若干橡胶片固定于远离橡胶套喇叭形端的套壁上；以及
[0015]每个橡胶片上贴有一电阻式应变片；
[0016]其中，由电阻式应变片产生种芽信号传递至种芽信号放大电路。[0017]优选的是，将电阻式应变片联合三个固定电阻接成惠斯登电桥形式。
[0018]优选的是，所述种芽信号放大电路包括:
[0019]对种芽信号进行放大的两级反相放大电路；
[0020]进行反向保护的反向保护电路；以及
[0021]对电路进行稳压的稳压电路；以及
[0022]对电路电源电压起明示作用的电源指示灯电路。
[0023]优选的是，所述种芽计数及显示系统包括:
[0024]对放大后的种芽信号进行比较的电压比较器；
[0025]对比较后的种芽信号进行统计计数的单片机；以及
[0026]将统计分析后的种芽信号进行缓存的锁存器；以及
[0027]将锁存器内的信号进行显示的显示器。
[0028]所述显示器为LED数码管。
[0029]本发明进行甘蔗种芽计数的原理为:甘蔗种植机输送机构将甘蔗茎杆送入甘蔗茎节种芽感应机构进入橡胶套，并往前输送，当甘蔗茎节种芽经过橡胶片时，甘蔗茎节种芽相对于甘蔗茎杆的凸起部分对橡胶片产生一个压力，进而迫使贴在橡胶片上的电阻式应变片产生变形，并将变形量转换为电信号，电信号经种芽信号放大电路放大后进入种芽计数与显示系统，与电压比较器设定的参考电压进行比较，根据比较结果输出高电平或低电平，高、低电平进入单片机进行统计分析，随后计数并由显示器件显示，最终实现甘蔗种芽计数。
[0030]与现有技术对比，本发明的有益效果为:通过感应机构以及种芽信号放大电路及种芽计数及显示系统，可对甘蔗种芽检测实现自动化，为切割甘蔗种防伤芽提供了保障，准确有效做到不切芽、不伤芽；进一步优点为该系统结构简单、适用范围宽、茎节种芽感应过程简单、可靠、精确、判断、响应迅速及其LED数码管直接显示甘蔗种芽数目，直观明了。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统结构示意图；
[0032]图2为本发明甘蔗种芽感应机构左视及主视结构示意图；
[0033]图3为本发明种芽放信号大电路原理图；
[0034]图4为本发明惠斯登电桥电路原理图；
[0035]图5为本发明电压比较器电路原理图；
[0036]其中:1、电阻式应变片；2、橡胶片；3、橡胶套；4、甘蔗种芽；5、甘蔗茎杆；6、种芽信号放大电路；7、电压比较器；8、单片机；9、锁存器；10、显示器；11、输出电压U2调零电位器；12、两级反相放大电路；13、电源指示灯电路；14、稳压电路；15、反向保护电路；16、放大倍数调节器。
【具体实施方式】
[0037]以下参照附图并结合【具体实施方式】来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于本发明的【具体实施方式】。
[0038]如图1-5所示，一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，包括:产生种芽信号的甘蔗种芽感应机构；对种芽信号放大的种芽信号放大电路6 ;对放大后的种芽信号进行计数及显示的种芽计数及显示系统。
[0039]所述种芽感应机构包括:橡胶套3、橡胶片2、电阻式应变片I ;所述橡胶套3呈喇叭形，所述橡胶片2成矩形，且若干橡胶片2呈圆周的方式均匀排布固定于远离喇叭形端的橡胶套3圆周套壁上，以及每个橡胶片2上贴有一电阻式应变片I ;采用喇叭形橡胶套3可以减少甘蔗种芽4刚进入甘蔗茎节种芽感应机构时的冲击，做到有效过渡，防止甘蔗种芽4的损伤，喇叭形橡胶套3喇叭形根部直径略小于甘蔗茎杆5的平均直径，当遇到直径比橡胶套3喇叭形根部直径大的甘蔗茎杆5时，橡胶套3在甘蔗茎杆5挤压力的作用下变形，直径增大，从而可以检测不同直径的甘蔗茎杆5，扩大了感应机构的适用范围。在喇叭形橡胶套3上均匀排布的橡胶片2，各橡胶片之间优选有微小间隙，橡胶片2的作用是感受甘蔗茎节5上凸起的甘蔗种芽4，当甘蔗种芽4经过喇叭形橡胶套3并触碰到橡胶片2时，橡胶片2产生变形量，利用电阻应变效应，贴在其表面的电阻式应变片I将变形信息转变成电信号输出。
[0040]所述种芽信号放大电路6 (如图3所示)包括:对种芽信号进行放大的两级反相放大电路12 ;进行反向保护的反向保护电路15 ;以及对电路进行稳压的稳压电路14 ;以及对电路电源电压起明示作用的电源指示灯电路13。由于从电阻式应变片I出来的电参数很微弱，输出能量较小，同时易受到噪声、失调和增益误差的影响，因此需要两级反相放大电路12来放大，将电阻式应变片I上产生的种芽信号输入到两级反相放大电路12输入端，使种芽信号转换为可识别的电压信号，在种芽信号放大电路6中设有反向保护电路15，防止电源正负极接反，稳压电路14调节稳压电源使之达到所需要的电压值。此外，在放大电路的输入端，为了消除电阻式应变片I的温度误差以及提高应变片的灵敏度，优选将电阻式应变片I接成惠斯登电桥电路，以及补偿应变片的电桥不平衡(有零压输出)或应变片电桥电路的起始不平衡及运放的输入失调压，在两级反相放大电路中设有输出电压U2调零电位器11，以便在电阻式应变片I无变形时，能够快速准确的实现两级反相放大电路输出调零，以免对输出结果造成较大误差，影响甘蔗种芽计数与显示系统的判断。
[0041]所述种芽计数与显示系统包括:对放大后的种芽信号进行比较的电压比较器7(如图5所示)；对比较后的种芽信号进行统计计数的单片机8 ;以及将统计分析后的种芽信号进行缓存的锁存器9 ;以及将锁存器内的信号进行显示的显示器10 (显示器优选为LED数码管)。其具体原理为电压比较器7将两级反相放大电路12输出的模拟电压信号U2与参考电压Uk进行比较，并输出高电平或低电平，同时将电平信号送入单片机8计数，并由锁存器9把信号暂存以维持某种电平状态，起到缓存作用，再由LED数码管显示计数情况。
[0042]整个系统的原理是:利用电阻式应变片I感应甘蔗种牙4触碰橡胶片2所产生的种芽信号，并将种芽信号输入到种芽信号放大电路6进行放大，然后将放大后的电压信号输入到电压比较器7，与参考电压进行比较，根据比较结果输出高、低电平；将电平信号输入单片机8，即可实现种芽计数，最后将存于锁存器9中的计数信息通过LED数码管显示计数情况。
[0043]对本发明电路原理及工作原理更进一步描述:
[0044]如图3-5所示，将感应机构电阻式应变片的电极用两芯屏蔽线引出，将应变片的两芯屏蔽线分别与三个固定电阻R2、R3、R4接成惠斯登电桥(如图4所示)并接入种芽信号放大电路。接通电源VCC后若接线正确，则电源指示灯电路13的LED灯被点亮，指示电源已接通，接着惠斯登电桥获得一个VFF电压，输出^，输出端^用于接入两级反相放大电路12的输入端，为增加电压稳定性，加入一个稳压电路14 (如图3所示)。
[0045]惠斯登电桥接通电源后，在应变片无变形情况下，R1A2=R3A4A=O,电桥平衡，两级反相放大电路的输出电压值U2应为零或非常接近零。
[0046]为了更精准，在电路中设置有输出电压U2调零电位器(图3中11标注所示)、及放大倍数调节器滑动变阻器R8 (图3中16标注所示)，在应变片无变形时，若两级反相放大电路输出不为零，则可调节输出电压U2调零电位器Rltl,使两级反相放大器输出电压U2为O即可。
[0047]调零结束后，轻微弯曲应变片，在两级反相放大电路12输出端接万用表电压档，可以看到输出的电压变化。此外，可以通过调节滑动变阻器&来调节放大电路的输出倍数。
[0048]通过不断的调试电路，最终选择合适的放大倍数，即确定合适的R8阻值。将放大电路输出端接入电压比较器7，电压比较器7连接单片机8，单片机8连接锁存器9，锁存器9最后连接LED数码管，从而接通整个系统的所有线路或设备。在甘蔗种植机输送机构的输送作用下，甘蔗茎杆5进入喇叭形橡胶套3，当甘蔗种芽4凸起部位触碰橡胶片2时，橡胶片2发生变形，粘在橡胶 片2上的电阻式应变片I的电阻值将随之发生变化，从而引起^以及放大电路输出U2的变化。
[0049]两级反相放大电路12输出的电压信号U2进入电压比较器7与参考电压Ue进行比较，根据比较结果输出高电平或低电平，并将电平信号输入单片机8，由单片机8进行计数，LED数码管依次显示数字，即检测出符合农作物种植茎节种芽后，计数清零，随后进入下一个循环，继续计数并显示。
【权利要求】
1.一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，包括: -产生种芽信号的甘蔗种芽感应机构； -对种芽信号放大的种芽信号放大电路； -对放大后的种芽信号进行计数及显示的种芽计数及显示系统； 其特征在于: 所述种芽感应机构包括: 橡胶套，呈喇叭形； 橡胶片，其若干橡胶片固定于远离橡胶套喇叭形端的套壁上；以及 每个橡胶片上贴有一电阻式应变片； 其中，由电阻式应变片产生种芽信号传递至种芽信号放大电路。
2.根据权利要求1所述基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，其特征在于:将电阻式应变片联合三个固定电阻接成惠斯登电桥形式。
3.根据权利要求1所述基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，其特征在于:所述种芽信号放大电路包括: 对种芽信号进行放大的两级反相放大电路； 进行反向保护的反向保护电路；以及 对电路进行稳压的稳压电路；以及 对电路电源电压起明示作用的电源指示灯电路。
4.根据权利要求1所述基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，其特征在于:所述种芽计数及显示系统包括: 对放大后的种芽信号进行比较的电压比较器； 对比较后的种芽信号进行统计计数的单片机；以及 将统计分析后的种芽信号进行缓存的锁存器；以及 将锁存器内的信号进行显示的显示器。
5.根据权利要求4所述基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，其特征在于:所述显示器为LED数码管。
【文档编号】G06M1/27GK103914730SQ201310692008
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】黄亦其, 王小波, 罗昭宇, 李晓峰, 王伟, 刘子良, 蒋瑜, 张培栋 申请人:广西大学