初开阔第三稿Word文档格式.docx
《初开阔第三稿Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《初开阔第三稿Word文档格式.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
DesignofseedobsencedetectionsystembasedonCCDsenor
Abstract
Precisionseedingistheimportantwayofmodernagriculturalproduction,accuratedetectionofseedmeterperformanceistheimportantlinkofprecisionseeding.Atpresent,thevastmajorityofprecisionusedindomesticsismechanicalseeder,thetypeoftheseedingmachinetherearevaryingdegreesofseedingobsencephenomenon.Howtodetectthequalityofprecisionseedingquicklyandaccurately,andcontroltheseederrealtimeaccordingtothedetectionresult,toimprovethestabilityofthesystem,theproblembadlyinneedofsolvingfor.themodernprecisionseeder
ThispaperusestheCCDsensortodetection,anddesignscorrespondingsoftware.Thesystemcananalysisthefallingsignalaccordingtothespeedoftheseedingmachinespeed,andrequirementsofSowing.Whenthereisleakagesowing,systemsendsoutanalarmsignaltothehostcomputerthroughtheserialport.Itwillfacilitatethedrivertroubleshootingandimprovesseedingqualityandworkefficiency.ofthemechanicaltypeprecisionseeder
Keywords:
leakagesowing;
sensor;
singlechipmicrocomputer;
1绪论
1.1漏播检测意义
利用传感器技术研制了带有漏播检测及补偿装置的新型精密排种器，解决机械式排种器的漏播问题。
把单片机和光电传感器检测系统相结合，自动检测排种性能，出现漏播后自动补种，同时排种器和输种管出现故障时能进行报警，并显示故障的原因和位置，以方便驾驶员排除故障大大提高了机械式精播机的精播质量和作业效率。
1.2国内外研究现状
播种机的性能直接关系到农作物的生长和产量。
排种器是播种机的关键部件,其性能直接决定了播种机的性能，因此排种器的性能检测至关重要。
面板和软件编程来实现测试功能。
随着计算机技术的发展,对精密排种器检测系统的研究有了较大发展。
日本学者并河清设计了一种气动排种器的粒距均匀度检测装置,采用20对光电器件,根据种子面积和种子间距检测排种器重播漏播及合格指数,能较好地满足精密排种器性能检测要求。
Kocher等研制了一种快速检测排种间距一致性的光电传感器装置,用于排种试验台排种均匀性检测；
丁至成等研制了了一种单片机控制的排种信号并进行排种数和粒距的统计,可以实现排种信号的检测;
刘淑霞等采用MCS251单片机对排种器的重播和漏播现象进行不同方式的声光报警,可定时测定重播率、漏播率及合格率，但是利用ccd传感器对排种器进行漏播检测的研究较少
１.3课题设计内容
要求设计一套基于CCD传感器的漏播检测系统。
可对玉米、小麦等种子进行播种检测。
要求所设计系统能根据机车行进速度和播种株距的要求，当出现长时间漏播时，系统能及时发出报警信号。
主要内容有：
1.选择一款CCD传感器
2完成漏播检测系统电源设计。
3完成排种器漏播检测系统软件设计
2．硬件系统设计
2.1传感器的选择
ＣＣＤ传感器有以下优点：
（1） 高解析度（HighResolution）：
像点的大小为μm级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。
从早期1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到最近推出的1/9寸，像素数目从初期的10多万增加到现在的400～500万像素。
（2） 低杂讯（LowNoise）高敏感度：
ＣＣＤ具有很低的读出杂讯和暗电流杂讯，因此提高了信噪比（SNR），同时又具高敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使ＣＣＤ的应用较不受天候拘束。
（3）动态范围广（HighDynamicRange）：
同时侦测及分辨强光和弱光，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。
（4） 良好的线性特性曲线（Linearity）：
入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系，物体资讯不致损失，降低信号补偿处理成本；
高光子转换效率（HighQuantumEfficiency）：
很微弱的入射光照射都能被记录下来，若配合影像增强管及投光器，即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到。
（5） 大面积感光（LargeFieldofView）：
利用半导体技术已可制造大面积的ＣＣＤD晶片，目前与传统底片尺寸相当的35mm的ＣＣＤ已经开始应用在数码相机中，成为取代专业有利光学相机的关键元件；
瑞典皇家科学院6日宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·
博伊尔和乔治·
史密斯。
伴随着数码相机、带有摄像头的手机等电子设备风靡全球，人类已经进入了全民数码影像的时代，每一个人都可以随时、随地、随意地用影像记录每一瞬间。
带领我们进入如此五彩斑斓世界的，就是美国科学家威拉德·
史密斯发明的CCD（电荷耦合器件图像传感器。
百多年来，伴随着暗箱、镜头和感光材料制作不断取得突破，以及精密机械、化学技术的发展，照相机的功能越来越强大，使用越来越方便。
但是，直到几十年前，人们依然只能将影像记录在胶片上。
拍摄影像慢慢普及，但即时欣赏、分享、传递影像还非常困难。
1969年，博伊尔和史密斯极富创意地发明了一种半导体装置，可以把光学影像转化为数字信号，这一装置，就是CCD图像传感器。
CCD图像传感器的发明，实际上是应用爱因斯坦有关光电效应理论的结果，即光照射到某些物质上，能够引起物质的电性质发生变化。
但是从理论到实践，道路却并不平坦。
科学家遇到的最大挑战，在于如何在很短的时间内，将每一个点上因为光照而产生改变的大量电信号采集并且辨别出来。
经过多次试验，博伊尔和史密斯终于解决了上述难题。
他们采用一种高感光度的半导体材料，将光线照射导致的电信号变化转换成数字信号，使得其高效存储、编辑、传输都成为可能。
简单地说，CCD图像传感器就像是胶片一样，有了它，人们就再不用耗时费力地去冲洗胶片了。
如今，CCD图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪，以及工业领域等。
此外，在医学中为诊断疾病或进行显微手术等而对人体内部进行的拍摄中，也大量应用了CCD图像传感器及相关设备。
“CCD是数码相机的电子眼，它革新了摄影术，现在光可以被电子化地记录下来，取代了胶片。
这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送，”诺贝尔奖评选委员会称赞说，“无论是我们大海中深邃之地，还是宇宙中的遥远之处，它都能给我们带来水晶般清晰的影像。
”
而我们进行CCD传感器的漏播检测，更是对其应用的一次扩展
图２－１ＣＣＤ传感器
2.2传感器驱动电路选择
通用型多路线阵CCD驱动处理板是由武汉方寸科技有限公司自主研究开发的可同时提供四路线阵CCD驱动以及处理器，该驱动处理板可以同时为四路线阵CCD（本款主要针对TCD1501型号系列，其它型号的线阵CCD芯片需要单独定制）提供工作驱动时序和信号处理以及输出，与线阵CCD的连接即可采用整体式，也可采用分体式，信号输出有电压型，也有电流型。
通用型多路线阵CCD驱动处理板可广泛应用于高温温度检测、尺寸位移检测、激光三角测量等非接触测量领域以及高精度工业在线检测领域，同时还可作为大学光电实验室作为教学实验设备用。
其输出信号可以提供给各类微处理器以及采集卡等进行对接直接进行二次开发。
该驱动器还提供配套16位USB2.0采集器，对像元灰度信息进行16位AD转换与数据传输，上位机可以直接通过USB口调取每一个像素灰度信息，配套镜头，可以应用于高精度线阵CCD工业相机领域。
驱动处理板具有以下性能特点：
（1）驱动处理板使用方便灵活，输出信号种类全，通用型强，可以适用于不同的应用场合，即可用于工业在线检测，亦可用于实验教学；
（2）采用CPLD器件和高精度有源晶振提供TTL标准的精确控制脉冲，使线阵CCD工作在非常稳定的积分时间状态下，能够精确地完成光电转换工作；
（3）驱动处理板能对线阵CCD输出信号进行放大、滤波以及简单A/D处理，输出转移脉冲信号SH、采样控制脉冲信号SP、像元模拟信号AO、二值化输出DO等多路信号，供不同应用的需要；
（4）驱动处理板输出像元灰度模拟信号AO和采样控制脉冲信号SP，通过SP可以控制ADC对像元信号进行模数转换，模拟输出信号电压幅度在400mv－5V之间，可满足一般A/D转换器的转换和采集的要求；
（5）驱动处理板即可与所驱动线阵CCD芯片整体使用，也可通过连接线与CCD插件板分开，通过电缆线连接，CCD插件板提供标准的四个定位孔，可以满足线阵CCD在各种领域场合下的需要；
（6）可以同时对4路线阵CCD进行驱动和信号输出，满足线阵CCD在多维平整度以及直线度等的检测；
（7）该驱动器还可以在非接触测量中提供反应目标变换的电流信息，电流输出20－50mA，可以为嵌入式应用系统以及工控机系统远程监控使用；
（8）通过延迟脉冲驱动，以时间细分方式达到空间细分，从而满足线阵CCD亚像素测量等高精度测量领域中的应用
a）外观图b）尺寸图
图2-2驱动板
管脚定义
驱动器采用＋12V直流电源输入，如果需要有电流输出，则需要采用＋15V直流电源输入。
驱动器器件布置以及信号输出端如下图所示，其中线阵CCD1、线阵CCD2、线阵CCD3、线阵CCD4为4个分离式线阵CCD插座，中间的线阵CCD插槽为连体式线阵CCD插座。
图2-3管脚定义图
信号输出端共有20个输出信号，具体表征如下：
1－O1，线阵CCD1像元信号输出；
2－O2，线阵CCD2像元信号输出；
3－O3，线阵CCD3像元信号输出；
4－O4，线阵CCD4像元信号输出；
5－A1，线阵CCD2像元信号电流输出；
6－GD，线阵CCD2像元信号电流输出地；
7－A2，线阵CCD3像元信号电流输出；
8－GD，线阵CCD4像元信号电流输出地；
9－SH，线阵CCD像元转移脉冲输出，基准信号；
10－D1，线阵CCD1二值化信号输出；
11－D2，线阵CCD2二值化信号输出；
12－D3，线阵CCD3二值化信号输出；
13－D4，线阵CCD4二值化信号输出；
14－Q2，线阵CCD第二相时钟脉冲输出；
15－RS，线阵CCD复位脉冲输出，用以像元灰度采集时候数据读写控制；
16－SP，线阵CCD采样脉冲输出，用以像元灰度采集时候控制采样信号；
17－+5V，5V电源输出，用以给单片机/DSP等外部处理器电源供电用；
18－GD，5V电源地；
19－+2V，线阵CCD阈值电平；
20－GD，线阵CCD阈值电平地
采用连体式线阵CCD使用方式，即线阵CCD插在中间插槽部位，其像元灰度信号输出为2和3，二值化信号输出为D1和D4，即第10脚和第13脚。
2．３ 系统电源设计
设计任务：
完成传感器12~24v升压电路设计，5v，3.3v电压控制电路设计
2.3.1升压电路
权衡系统的稳定性和功率的要求，使用LT3782集成芯片设计24V电源模块，设计的电路如图2-2所示：
图2-4LT3782大功率升压电路
图中，
和
匹配输出电压，FB脚参考电压稳定为2.44V,根据分压公式：
公式（2-1）
为了使输出电压
=24V，选用
=221K及
=24.9K。
匹配输出电流限定，防止系统过流，依据两相SENSE电流感应放大器的阀值电压为60mv，选择取
都为0.004Ω避免系统过流。
芯片RUN脚内部阀值电压为2.45V，只有高于2.45V电压调节芯片才会工作，依此可以设计输入端最低供电电压，计算公式如下
公式（2-2）
公式（2-2）中选择
=830K，
=212K，则最低输入电压
=12.04V。
因此可以防止蓄电池过度放电，保护电池寿命。
RSET脚可以设置芯片开关频率，由LT3782数据手册选择
=80K[7]，设定开关频率
为250KHz。
电压调节芯片的最大输出电流和配比电感L1,L2可由以下公式计算得到：
公式（2-3）
公式（2-4）
公式（5-3）中，
是最大输入电流。
公式（2-6）中
，
为蓄电池输入电路的实际电压，
。
在DC12.2-13V输入电压和5A输出电流情况下实验，升压电路能够可靠工作，并有欠压，过流保护，实测转换效率可达95%。
2.3.2主控系统的电源设计
主控系统需要+5V的直流电源，由于系统的功率需求不大，但对电压波动敏感，而线性稳压电源的功耗同输入、输出电压差成正相关，所以设计主控系统的供电电路[1]。
图2-512V-5V降压电路
图2-7中电容一方面有解耦电容的作用，可以解除电源的干扰耦合到后级电路，另一方面有滤波电容的作用，C5，C6与输出负载构成了RC滤波电路（负载多是阻性）。
可使滤波后输出电压平滑，电压的平均值略大。
能很好的满足负载的功率需求。
2.3.3GPSOEM板卡电源的设计
对于双频RTK-GPS系统[8]，需要注意的一点是系统严禁热插拔电源。
其基准站的FLEXPAK-V2-L1L2S接收机的供电范围为+9~18VDC，直接使用配套的电压为14.8V容量为6.6AH的锂电池即可，而25瓦MDS4710数传电台的供电范围是+10.5~16VDC，也可直接连接在大容量12V蓄电池。
移动站主要由OEMV-2-RT2S-G板卡、5瓦MDS4710数传电台、铝制全向天线及GPS-702-GG天线等组成。
其中5瓦4710型电台的供电范围为：
电压+10.5~16VDC电流为1A，选定12V供电电压。
而板卡电源要求+3.3VDC波动+5%~-3%，结合功率的需求，设计两级供电电源电路，前级电源采用大功率、高效率开关电源，保证功率供应，同时还能有节电的作用，后级采用较低压差线性电源电路，这样就可以准确的为板卡提供电压。
前级开关电源如图2-6所示：
图2-6GPSOEM板卡前级开关电源
图2-6中D1,D3构成了反接保护电路，而LM2675是主控电压调节开关器件，可以经受较大电流，转换效率高达92%以上，输出稳压为5V。
后级3.3V电源用NCV1733VG芯片采用图2-9电路搭建，该电路有很小的电源纹波，能很好的满足板卡对电源的特殊要求。
图2-73.3V固定输出形式
3软件设计
3.1漏播检测参数关系
3.1.1漏播产生的原因
①链条掉落，地轮或链轮顶时失灵。
②排种盘内缺种子，排种盘内有异物或失常，排种器型孔堵塞
3.1.2最小漏播距离与农艺株距
在农业播种中，由于机械水平限制及其他各方面的影响，漏播是必然出现的情况，但是由于农业精密播种的要求，我们必须有一个最小的漏播距离，即在允许范围内，某段距离内没有种子播种，另一方面，在播种植物时，要保持一定的行距和株距，使植物受到充足的阳光照射，使流动的空气送进农田的各个角落，这是提高作物光合作用的有效手段。
农业园艺上指相邻两棵植物必须有一段合适生长的范围，我们称之为农艺株距
3.1.3各项参数的关系
根据考察。
我们可以得出影响农艺株距的主要原因是播种机车的行进速度，排种器的转速，以及检测系统的监测范围
在这里我们设定各项参数
V=机车的行进速度（km/s）
Q=播种器的转速。
这里指单位时间内播种器散出的种子数（n）
H=理想农艺株距（cm）
S=传感器的检测范围（ms）
则H=
*1000
3.2CCD信号处理
CCD信号处理分为二值化和量化两种处理方法。
二值化处理
驱动器中DO是二值化信号输出，其数据处理方法如下图所示。
SH
T2
T1
图
3—1信号输出
输出信号为SH和DO，DO为线阵CCD二值化信号，SH下降沿到DO的上升沿时间为t1，SH下降沿到DO的下降沿时间为t2（可采用单片机或者DSP等微处理器中的计数或者计时指令计算），则可得到光点信号的中心与初始位置（SH相当于初始位置的控制信号）的距离t=（t1+t2）/2，光点信号的左右边缘离与初始位置的距离tf=t1和tl=t2
量化处理
驱动板中AO是像元信号输出，通过SP采样控制脉冲与高速ADC连接后即可进行CCD信号的A/D采样与量化处理。
量化处理可选用武汉飞达光电测控中心的线阵CCD数据高速AD采集器和MCU处理器即可实现对线阵CCD的高速数据采集与处理，可将采集到的线阵CCD资料直接通过液晶显示输出或者串口传到计算机中来。
3.3设计内容
3.3.1设计框图
计时器启动计时H，计数器启动计数N.
计时范围D
程序开始
N
Y
N=N1
H=D?
N1保存到寄存器
N1与Z比较（z为固定上升沿个数）
输出判断信号
计时器清零
计数器清零
重新开始计数
3-2程序设计框图
3.3.2程序设计思路
由于传感器发送的信号是带有固定方波信号，当检测到有遮挡物时，传感器会记录一个高电平并通过比较在固定信号上形成一个上升沿，并通过串行接口，传输到单片机上，
被遮挡住产生的上升沿
传感器原始波形
检测波形
图3-3方波信号示意图
在单位时间内，即在漏播所能容忍的最少时间范围内，传感器所传递过来的的上升沿个数是固定的，当出现播种时，由于遮挡会产生新的上升沿，所以在计数的时候我们可能得到大于这个固定个数的上升沿计数结果，当一定时间范围内，检测不到上升沿，即传感器没有发生遮挡现象，我们就可以检测其为漏播并进行信号输出警报
3.3.3主程序设计
程序内容
#include<
reg52.h>
//包含52单片机寄存器定义的头文件
intrins.h>
sbitRS=P2^0;
//寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚
sbitRW=P2^1;
//读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚
sbitE=P2^2;
//使能信号位，将E位定义为P2.2引脚
sbitBF=P0^7;
//忙碌标志位，将BF位定义为Ps0.7引脚
sbitkey1=P1^4;
//使key3可以加1加10加100
sbitkey2=P1^5;
//使key3可以减1减10减100
sbitkey3=P1^6;
//调节k值
sbitkey4=P1^7;
//启动流量监测开定时器和计数器
unsignedintk=7500;
//k初值设定
floatD=0.0,L1=0.0,L2=0.0;
//设置总流量初值为0
//L1为瞬时总流量
//L2为顺时总脉冲次数
longintM=0,N,L;
//M读计数器的现值
//N读计数器上次的值
//L为两次之差
longintts=0;
//记录总秒数
unsignedcharstr[6]={0};
//定义数组，用于存放输出的各个数值
unsignedcharcount=0;
//记录定时器中断次数使定时器在1s产生一次中断
unsignedcharcount1=0;
//记录定时器中断次数使定时器在0.5s产生一次中断
unsignedcharnum=0;
charkadd=0;
charkmin=0;
bitflag=1;
/*****************************************************
函数功能：
对中断程序进行初始化
***************************************************/
voidITRT（）
{
TMOD=0x51;
TH0=（65536-50000）/256;
//定时器T0的高8位赋初值
TL0=（65536-50000）%256;
//定时器T0的低8位赋初值
TH1=（65536-5*k）/256;
//计数器T1的高8位赋初值
TL1=（65536-5*k）%256;
//计数器T1的低8位赋初值
EA=1;
//开总中断
N=65536-5*k;
//给N赋初值
IT0=1;
//INT0为下负脉冲触发方式
TR0=1;
//启动定时器0
TR1=1;
//启动计数器1
EX0=1;
//开外部中断0
ET0=1;
//允许定时器T0的中断
ET1=1;
//允许计数器T1的中断
delay（100）;
}
升级会员 