光电色选机色差信号处理算法单片机实现

圈１脉冲信号ｘ（ｔ Ｊ与对应的离散序列，（ｎ】及
输出信号序列ｙ（ｎ Ｊ时序关系图
２
Ｃ８０５１Ｆ３６０色差信号处理板的实现 笔者用Ｃ８０５１Ｆ３６０色差信号处理板来实现上
万方数据
黎小花等：光电色选机色差信号处理算法单片机实现／２０１２年曩６翻
米现场最大个数（１≤ｉ。，≤ｄｅｌａｙ），ＡＤＣ—ｒｅａｄ（）为 ＡＤＣ采集数据的函数，主要任务是实现数据的采集
Ｍ
冲信号的值大于一定的阈值时，对应的Ｉ／Ｏ口需要 输出一个具有一定延时和宽度的数字脉冲信号作为 喷阀驱动板和喷阀指示板的驱动信号，因此，存在输 出脉冲的定时和脉宽控制问题。本文提出了一种用 软件实现色差信号处理的快速准确的组合算法。 假定输入模拟信号为单极性脉冲信号工（￡），当 脉冲信号的值大于阈值Ｖ。时，需要输出一个对应 的高电平脉冲。图１中，Ｖ：为表示脉冲结束的软件 阈值。以某一有用随机脉冲信号之前的一个有用信 号结束时刻Ａ点至其本身结束时刻Ｂ点为一个研 究周期，两个时间顺序上连续的随机脉冲信号之间 的软件可区别间隔时间为Ｔ。，见图１所示。２（￡）经 过Ａ／Ｄ采样后变为时域离散随机信号序列，经阈值 Ｖ，和Ｖｚ比较处理后变为幅值离散序列，（旭）。假
信号ｚ（￡）和对应的幅值离散序列ｚ’（卵）及输出信号 序列ｙ（ｎ）或ｙ（ｆ）之间的时间关系，以及两个时间顺 序上连续的有用信号时序关系。其中，序列 珂ｄ＝Ｔｄ／Ｔ；，ｌｄ。＝（Ｔｄ＋Ｔ，）／Ｔ。由图１可得，当 Ｔ。≥Ｔ。，Ｔ。≥Ｔ。时，
ｙ（￡）＝ｚ（ｔ－－Ｔｄ）×■ｋ（ｎ－－九ｄｋ。）。
（１）
将公式（１）写成离散序列形式：
．
主要的控制任务都交给ＡＤＣ中断［４。６］，而当发现有 疵米后，要设计定时喷气延时和脉宽延时。图３ 是ＡＤＣ中断流程图，主要分３个控制环节，分别为：
ｊ
］
０
岫Ｉ：
吲
．
①ＡＤＣ数据采集和疵米的判断；②延时，包括脉冲
“
延时和脉宽控制延时；③内存的动态释放。 先说明中断过程中用到的变量名和函数名及代 表的意义。Ｆｌａｇ为６．２５，ｕｓ到标志变量，ｉ为坏米个 数，ｊ为通道号（ｏ≤Ｊ≤１５），ＴｉｍｅｒＥｉ］［ｊ］为记录第ｊ 个通第ｉ个坏米延时时间的定时变量，ｄｅｌａｙ为喷气 延时时间（为实际延时时间／Ｏ．１ ｍｓ），ｗｉｄｔｈ为脉宽 （为实际脉宽／ｏ．１ ｍｓ），ｉ。；巳．］为第Ｊ通道发现的疵
０．１～９９ ｍｓ，０．１
ｍ８向上位机回送１个采样点（用 于上位机监控波形显示）［１］。因此处理板采样时还 要有精确的延时和脉宽控制，对速度要求极高。
鉴于以上，该处理板的核心单片机芯片选择的 是Ｃ８０５１Ｆ３６０高速芯片，它有很强的接口和嵌入能 力，高速、流水线结构与８０５１兼容的微控制器核（可
达１００ ＭＩＰＳ）。
Ｙ（咒）＝ｆ（ｒ／－－”ｄ）×■（，２一打ｄｗ），
（２）
多通道色差信号处理算法原理 大米色选机检测信号为随机脉冲信号９］，当脉
７ｚ＝０，１，２…
对于有多个通道的随机脉冲信号系统，假定通 道数为＾，其输入信号对应的幅值离散序列分别为 ｚ（咒）（ｉ＝ｏ，１，２，３…ｋ），输出脉冲信号的延时及脉 宽要求分别为：丁ｄ１，丁，ｌ；Ｔｄ２；Ｔｗ２；…；Ｔｄｉ，Ｔ。｛；…； Ｔｄｋ，１１吨；它们对应的采样序列数分别为：‰，挖。，； 行ｄ２，７ｔｗ２；…；，２¨竹，ｉ；…；”ｄｋ，”ｎ；女个通道的输出信 号序列为：Ｙ，（”）（ｉ＝０，ｌ，２，３，…，愚），则有
■
２０１２，Ｎｏ ６
Ｃ搏ＥＲＥ铷ＡＬ＆Ｆ饲ＥＥＤ料ＩＩ ＬＡＥＲＥＣＹＲＯＴ．ＮＤＵ５Ｔ商 ）Ｉ
ＦＥＥＤ
１－’。‘●一
光电色选机色差信号处理算法单片机实现
黎小花，徐园园，郑力新，周凯汀
（华侨大学信息科学与工程学院，福建厦门
３６１０２１）
摘要：介绍了色选机国内发展概况，提出的基于单片机这样一种廉价芯片构架的色选机设计方法。它采用 Ｃ８０５ＩＦ３６０采集多个通道的色差信号，使用快速组合算法对色差信号进行处理，输出控制喷阀板和ＬＥＤ指示灯 板。试验结果表明，该设计方法具有优良的控制性能和精度，且成本低廉。
基金项目：福建省产业计划开发璜目；泉州市科技计划项目（项目编号２０１０ＧＩ） 作者简介：黎小花（１ ９８６一），女，在读硕士研究生，主要从事智能技术与自动化装置的研究。
万方数据
黎小花等：光电色选机色差信号处理算法单片机实现／２０１２年嚣６用
■
述算法，图２为该处理板总体控制示意框刚”。框
Ｙ—ｂｌ（，ｚ），Ｙ２（ｎ），…，ＹＩ（聍），…，ｙｋＹ（竹）］７。 （２）Ｂ，输入延时向量。表示七个通道在行一玎出 （ｉ一１，２，３，…，女）序列时刻对应的输入延时向量，形 式为： Ｂ＝［，ｆ（卵一，ｚｄｉ），一２（ｍ—ｒｉｄ２），
３结果分析
现场采用本设计的光电色选机，用２ ｋｇ好米中 参杂３０ ｇ稻谷和１０ ｇ黑米的试样进行效果试验， ５次的平均试验结果如表１所示。 在色选机测试时，试样中所配的异色粒是特点 鲜明的黑米和稻谷。黑米和白米的色差对比度很 大，很好识别；稻谷有壳，体积比白米大，也容易识 别。因此，色选效果非常显著。实验结果表明，采用 基于单片机Ｃ８０５１Ｆ３６０的光电色选机可以达到较 好的选别效果。 （下转第ｌＯ页）
指令结构：７０％的指令执行周期为１个或２个 系统时钟周期；１０位ＡＤＣ，转换速率最高可达 ２００ ｋｓｐｓ；高精度可编程的２４．５ ＭＨｚ内部振荡器； 最多可达３９个Ｉ／Ｏ；４个通用１６位计数／定时器； １ ２８０字节内部数据ＲＡＭ（２５６＋１ ０２４），３２ ＫＢ
（ｃ） Ｈ（０
ＦＬＡＳＨ；硬件增强型ＵＡＲＴ，ＳＭＢｕｓ和增强型ＳＰＩ 串口。并且Ｆ３６０有２３个ＡＤＣ通道，可以满足单 元通道数模块的最高要求。
０．１
式中，＠代表向量的逻辑乘积，定义为：ｌ，“＝ Ｂ。×Ｃｅ，即向量ｙ中ｉ行ｊ列元素ｌ，。等于向量Ｂ及 ｃ中对应ｉ行Ｊ列元素逻辑乘积。公式（４）表明了 在任意序列时刻ｎ，＆通道的组合输出状态和各通道 由延时及宽度决定的组合离散序列状态之间的关系 方程。
常规的光电色选机性能指标是：同步采样率为 ｍｓ，喷气电脉宽延时０．１～９．９ ｍｓ，喷气延时
…，ｚ。（咒——雄ｄｆ），…，ｆｋ（押一ｎｄｋ）］１。
图主要由Ｃ８０５１Ｆ３６０主控制芯片、带通滤波模块、 电源转换模块、ＪＴＡＧ仿真模块、喷阀及灯板驱动模 块及上下位机串口通信接口模块组成。
（３）ｃ，宽度向量。表示量个通道在托一．ｒｌ。， （ｉ＝１，２，３，…，＾）序列时刻对应的输入宽度向量，形 式为：
２．１
ＡＤＣ数据采集与处理流程
！ｌ
：蜘
在实际现场操作过程中。主要是通过选米效果
．
来判断是否要修改参数，以达到所要求的选米要求， 疵米的判断及喷恻的开启与关闭等都由软件控制。 由此可见。软件设计算法的合理性显得十分重要。 在软件设计过程中，每定时０．１ ｍｓ ＡＤＣ采样１次，
型
（ｇ） （ｈ）
ｕ
：盂
，。
在动力和质量要求相同的情况下，与国内同类型单 辊大米抛光机相比较，产量增加了０．０１～ｏ．０９ ｔ／ｈ， 电耗降低了０．７～ｏ．８ ｋＷ・ｈ／（ｔ・ｈ）。
５结语
基于西门子Ｓ７—２００控制器的自动控制大米抛 光机的设计，不仅满足了大米加工工艺对机械运作 的要求，使得抛光机操作向着自动化和人机一体化 方向发展；同时，此设计还可以用来监测机器运转状 态，在现场总线网络的辅助下，可以一起构建大型生 产线。在此基础上，全面消除各种闷车，湿度、温度 不均衡的问题。 基于ＰＬＣ的智能大米抛光机，可大大减少操作 步骤，也是电气化、数字化和自动化技术进步的必 然。这种设计的思想和方法可以推广至其他农用加 工机械以及相关问题的设计。如何提高系统的自检 报错能力，在整个控制系统部分元件失效时，保证正 常运行和报错将是后续的研发工作将要完善的 地方。 ［参考文献］
万方数据
陈继开等：基于ｓ７—２００ ＰＬＣ的智能大米抛光机控制系统／２０１２年■６期
接入系统，由于ＰＬＣ温控模块对温度传感器的个别 差异，在调试界面设置了微调系统。如此，可以方便 地比对更精确的测温设备，进行调试。 ３．３软件开发和开发环境 本系统的程序开发主要是对ＰＬＣ控制程序的 编写，使用了Ｓｉｍｅｎｓ Ｓ７—２００系列ＰＬＣ的编程软
收稿日期：ＺＯＩｌ一０９ １９；修恒１日期：２０１２—０３—０２
Ｄ ＩＩ
ｃＩ ＝
竹一ｎｄｌ 竹一聍ｄ２ 行一７ｚｍ 一竹＾ｗ２ Ｊ
“
此
ｙ
＂
一”ｄ。：）
儿
Ｄ曲曲 ＝ 五而西以
式中，竹ｄＷ：＝竹ｄｌ＋行。，，ｉ一１，２，３，…，女。 定义ｋ×１维向量ｌｒ，Ｂ及Ｃ为： （１）ｙ，输出状态向量。表示任意序列托时刻。 ｋ个通道的输出状态的组合向量，形式为：
计算和存储，ａｄ—ｖａｌｕｅ是ＡＤＣ—ｒｅａｄ（）存储转换后 ２．４内存的动态释放
ＡＤＣ数据采集和疵米的判断
整个中断循环中有两个需要定时的循环，一个 是每０．１ ｍｓ采集１６路ＡＤＣ的值并作相应处理，另 一个是每通道之间时间间隔为６．２５“ｓ的定时（每
０．１
关键词：大米；光电色选机；色差信号；组合算法；单片机；Ａ／Ｄ采样；延时 中图分类号：ＴＳ２１２．３；ＴＰ２７４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—６２０２（２０１２）０６－－０００４—０４
色选是精米加工中一道＿罩：要工序ｒＩ］。色选机是 一种从运动的颗粒流中，将杂质进行识别和剔除的 光机电一体化的高科技设备［２］。粮食颗粒从几十甚 至上百个溜槽中顾势滑下，途经光电传感器后，色选 机的信号检测处理系统利用粮食颗粒的光学特性， 将颜色不正常、表面有缺陷或内部变质的疵品及杂 物识别出来，并自动分选剔除。由于粮食颗粒的流 速快，溜槽多，疵品出现的时间是随机的，要记录从 发现疵品到执行喷除的时间，实时性要求极高，多数 系统采用高性能的ＤＳＰ型信号处理板来实现。本 文设计了基于单片机Ｃ８０５１Ｆ３６０的光电色选机色 差信号处理板和处理算法，可以在较低成本的条件 下，完全实现ＤＳＰ型信号处理板的功能和性能，具 有较高实时性和准确性。