專利名稱：采用dsp處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)及稱重方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)及稱重方法。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的蘋果、梨、桃、柚的產(chǎn)量居世界第一。為進(jìn)一步提高水果的經(jīng)濟(jì)價(jià) 值，還需要對(duì)收獲后的水果進(jìn)行清洗、分級(jí)、包裝等產(chǎn)后處理。產(chǎn)后處理的效率直接影響到 了水果的經(jīng)濟(jì)效益。動(dòng)態(tài)稱重是產(chǎn)后處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。動(dòng)態(tài)稱重的精度直接影響到 分級(jí)、裝箱等工序的準(zhǔn)確性。動(dòng)態(tài)稱重能達(dá)到的精度等級(jí)主要取決于兩個(gè)方面一是果杯的 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和稱重區(qū)域的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是稱重信號(hào)處理方案的設(shè)計(jì)。毛華先等人申 請(qǐng)的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200910096966. 9)描述了一種易于稱量的果杯。朱壹申請(qǐng)的中國(guó) 專利(申請(qǐng)?zhí)?00910164540. 2)描述了一種適合于高速分級(jí)的稱重模塊的機(jī)械架構(gòu)。然 而國(guó)內(nèi)對(duì)于稱重信號(hào)處理方案的研究較少，主要是基于電子稱重式分選機(jī)上的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用DSP處理模塊和智能算法的 水果稱重分級(jí)系統(tǒng)及稱重方法。采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重高速分級(jí)系統(tǒng)包括水果輸送裝置、變頻 電機(jī)、PC機(jī)、PLC、下果口、電磁鐵、果杯、DSP處理模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、承重片、稱重傳感 器、稱重區(qū)域、同步信號(hào)發(fā)生器；水果輸送裝置與變頻電機(jī)相連，同步信號(hào)發(fā)生器安裝在水 果輸送裝置的從動(dòng)輪上，水果輸送裝置的輸送帶上設(shè)有果杯，果杯內(nèi)放有水果，在水果輸送 裝置的輸送帶的一端下方為稱重區(qū)域，在稱重區(qū)域中設(shè)有承重片和稱重傳感器，在水果輸 送裝置的輸送帶的另一端下方設(shè)有電磁鐵，稱重傳感器與信號(hào)預(yù)處理模塊、DSP處理模塊、 PLC、電磁鐵依次連接，電磁鐵的下方設(shè)有下果口，PLC分別與變頻電機(jī)、PC機(jī)相連。所述的信號(hào)預(yù)處理模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為儀表運(yùn)放ADezou1的第1腳與電容C1 的一端、電阻R3的第一端相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第2腳與電容C1的另一端、電阻R1的 一端相連接，電阻R1的另一端與稱重傳感器Sig-相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第3腳與電 阻R2的一端、電容C2的一端相連接，電阻R2的另一端與稱重傳感器Sig+相連接，儀表運(yùn)放 AD620U!的第4腳接負(fù)電源-12v，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第5腳接地，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第 6腳與電阻R5的一端相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第6腳接正電源+12v，儀表運(yùn)放ADeZOU1 的第8腳與電阻R4的一端、電容C2的另一端相連接，電阻R4的另一端與電阻R3的第二端相 連接，電阻R3的第三端懸空，電阻R5的另一端與電容C3的一端、電阻R6的一端相連接，電容 C3的另一端與通用運(yùn)放0P07U2的第2腳、通用運(yùn)放0P07U2的第6腳、二極管D1的陽(yáng)極、二 極管D2的陰極、軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第3腳相連接，電阻R6的另一端與電容C4的一端、 通用運(yùn)放0P07U2的第3腳相連接，電容C4的另一端接地，通用運(yùn)放0P07U2的第7腳接正電 源+12v，通用運(yùn)放0P07U2的第4腳接負(fù)電源-12v，二極管D1的陰極接正電源+3. 3v, 二極管D2的陽(yáng)極接地，軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第2腳與軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第1腳相連 接，軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第8腳接正電源+3. 3v,軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第4腳接地， 軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第1腳輸出CHO。 所述的DSP處理模塊內(nèi)部連接關(guān)系為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第1腳與電阻R7 的一端相連接，電阻R7的另一端接正電源+3. 3v，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第6腳接地，模數(shù) 轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第7腳、第9腳接正電源+3. 3v,模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第8腳接基 準(zhǔn)電壓源，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第10腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第11腳、電阻&的 一端相連接，電阻R8的另一端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第12腳與DSPTMS320C2802U5 的第56腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第13腳與DSPTMS320C2802U5的第54腳相連 接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第14腳與DSPTMS320C2802U5的第53腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS8341U4的第15腳與DSPTMS320C2802U5的第52腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第16 腳與 DSPTMS320C2802U5 的第 51 腳相連接，DSP TMS320C2802U5 的第 57 腳與非門 74HC14U6 的第1腳相連接，DSP TMS320C2802U5的第58腳與非門74HC14U6的第3腳相連接，DSP TMS320C2802U5的第60腳與非門74HC14U6的第5腳相連接，光耦6N137U,的第1腳、第4 腳懸空，光耦6W37U7的第2腳與電阻R9的一端相連接，電阻R9的另一端接正電源+3. 3v, 光耦6W37U7的第3腳與非門74HC14U6的第2腳相連接，光耦6W37U7的第5腳接地，光耦 6N137U,的第6腳與非門74HC14U6的第9腳、電阻R12的一端相連接，光耦6W37U7的第7腳 與光耦6W37U7的第8腳、電阻R12的另一端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第8腳與 數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第7腳相連接，光耦6W37U8的第1腳、第4腳懸空，光耦6W37U8的 第2腳與電阻Rltl的一端相連接，電阻Rltl的另一端接正電源+3. 3v，光耦6W37U8的第3腳 與非門74HC14U6的第4腳相連接，光耦6W37U8的第5腳接地，光耦6W37U8的第6腳與非 門74HC14U6的第11腳、電阻R13的一端相連接，光耦6N137U8的第7腳與光耦6N137U8的第 8腳、電阻R13的另一端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第10腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I 的第8腳相連接，光耦6N137U9的第1腳、第4腳懸空，光耦6N137U9的第2腳與電阻R11的 一端相連接，電阻R11的另一端接正電源+3. 3v，光耦6N137U9的第3腳與非門74HC14U6的 第6腳相連接，光耦6W37U9的第5腳接地，光耦6W37U9的第6腳與非門74HC14U6的第13 腳、電阻R14的一端相連接，光耦6W37U9的第7腳與光耦6W37U9的第8腳、電阻R14的另一 端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第12腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第9腳相連接，數(shù) 模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第1腳、第3腳、第10腳、第12腳、第13腳、第17腳、第22腳和第24 腳懸空，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第2腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第5腳、電容C5的一端、正 電源+5v相連接，電容C5的另一端接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第4腳、第6腳和第11腳接 地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第14腳與電阻R16的第一端、電阻R16的第二端、電阻R17的第一 端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第15腳與電阻R16的第三端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I 的第16腳與電阻R17的第二端相連接，電阻R17的第三端與二極管D4的陽(yáng)極接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換 器AD420U1Q的第18腳與二極管D4的陰極、二極管D3的陽(yáng)極相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的 第19腳與電阻R18的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第20腳與電容C7的一端相連接， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第21腳與電容C6的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第23腳與 電容C6的另一端、電容C7的另一端、二極管D3的陰極、電阻R18的另一端、電阻R15的一端、 電容C8的一端、電容C9的一端相連接，電阻R15的另一端接正電源+24v，電容C8的另一端與
5電容C9的另一端接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第18腳輸出接PLC的模擬輸入口。水果稱重方法包括如下步驟1)信號(hào)預(yù)處理模塊實(shí)時(shí)對(duì)稱重傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大濾波等預(yù)處理；2)DSP處理模塊根據(jù)同步信號(hào)發(fā)生器輸出的同步脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)得到當(dāng)前分級(jí)速 度；3)在低速分級(jí)狀態(tài)下，DSP處理模塊首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊輸出信號(hào)進(jìn)行采樣， 當(dāng)信號(hào)預(yù)處理模塊輸出信號(hào)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)采樣停止，然后應(yīng)用3-0法則對(duì)采樣數(shù)組求 平均得到低速分級(jí)水果的重量信息；4)在高速分級(jí)狀態(tài)下，DSP處理模塊(8)首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊(9)輸出信號(hào)采 樣并進(jìn)行自適應(yīng)濾波去噪，然后采用AR模型對(duì)采樣數(shù)組進(jìn)行反演運(yùn)算，得到高速分級(jí)水果 的重量信息；5)DSP處理模塊將低速分級(jí)水果的重量信息或高速分級(jí)水果的重量信息轉(zhuǎn)換成 4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，PLC定時(shí)采集此電流信號(hào)，得到水果重量。本發(fā)明由于采用了 DSP處理模塊專門負(fù)責(zé)計(jì)算水果重量信息，在每秒18個(gè)果高速 分級(jí)狀態(tài)下分級(jí)精度可達(dá)到1. 5 %以內(nèi)，并且人為改變分級(jí)速度不會(huì)影響到稱重精度。系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化程度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)。


圖1是采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的信號(hào)預(yù)處理模塊電路圖；圖3是本發(fā)明的DSP處理模塊電路圖；圖4是本發(fā)明的DSP處理模塊內(nèi)稱重方法總流程圖；圖5是本發(fā)明的低速稱重策略算法流程圖；圖6是本發(fā)明的高速稱重策略算法流程圖；圖中水果輸送裝置1、變頻電機(jī)2、？(機(jī)3、？^4、下果口 5、電磁鐵6、果杯7、DSP 處理模塊8、信號(hào)預(yù)處理模塊9、承重片10、稱重傳感器11、稱重區(qū)域12、同步信號(hào)發(fā)生器 13。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)包括水果輸送裝 置1、變頻電機(jī)2、PC機(jī)3、PLC4、下果口 5、電磁鐵6、果杯7、DSP處理模塊8、信號(hào)預(yù)處理模 塊9、承重片10、稱重傳感器11、稱重區(qū)域12、同步信號(hào)發(fā)生器13 ；水果輸送裝置1與變頻 電機(jī)2相連，同步信號(hào)發(fā)生器13安裝在水果輸送裝置1的從動(dòng)輪上，水果輸送裝置1的輸 送帶上設(shè)有果杯7，果杯7內(nèi)放有水果，在水果輸送裝置1的輸送帶的一端下方為稱重區(qū)域 12，在稱重區(qū)域12中設(shè)有承重片10和稱重傳感器11，在水果輸送裝置1的輸送帶的另一端 下方設(shè)有電磁鐵6，稱重傳感器11與信號(hào)預(yù)處理模塊9、DSP處理模塊8、PLC4、電磁鐵6依 次連接，電磁鐵6的下方設(shè)有下果口 5，PLC4分別與變頻電機(jī)2、PC機(jī)3相連。信號(hào)預(yù)處理 模塊9負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)對(duì)稱重傳感器11輸出信號(hào)進(jìn)行放大濾波等預(yù)處理。當(dāng)有果杯7通過(guò)稱重 區(qū)域12時(shí)，DSP處理模塊8實(shí)時(shí)計(jì)算出此果杯所承載的精確重量信息并轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。PLC4定時(shí)采集DSP處理模塊8輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)、判定水果等級(jí)、對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí) 跟蹤、控制電磁鐵6卸果動(dòng)作和控制變頻電機(jī)2的分級(jí)速度。PC機(jī)2實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)水果分 級(jí)過(guò)程。本發(fā)明選用了西門子公司的S7-300系列PLC。如圖2所示，信號(hào)預(yù)處理模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為儀表運(yùn)放ADeZOU1的第1腳與電 容(^的一端、電阻R3的第一端相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第2腳與電容C1的另一端、電阻 R1的一端相連接，電阻R1的另一端與稱重傳感器Sig-相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第3腳與 電阻R2的一端、電容C2的一端相連接，電阻R2的另一端與稱重傳感器Sig+相連接，儀表運(yùn) 放ADeZOU1的第4腳接負(fù)電源-12v，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第5腳接地，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第 6腳與電阻R5的一端相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第6腳接正電源+12v，儀表運(yùn)放ADeZOU1 的第8腳與電阻R4的一端、電容C2的另一端相連接，電阻R4的另一端與電阻R3的第二端相 連接，電阻R3的第三端懸空，電阻R5的另一端與電容C3的一端、電阻R6的一端相連接，電容 C3的另一端與通用運(yùn)放0P07U2的第2腳、通用運(yùn)放0P07U2的第6腳、二極管D1的陽(yáng)極、二 極管D2的陰極、軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第3腳相連接，電阻R6的另一端與電容C4的一端、 通用運(yùn)放0P07U2的第3腳相連接，電容C4的另一端接地，通用運(yùn)放0P07U2的第7腳接正電 源+12v，通用運(yùn)放0P07U2的第4腳接負(fù)電源-12v，二極管D1的陰極接正電源+3. 3v, 二極 管D2的陽(yáng)極接地，軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第2腳與軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第1腳相連 接，軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第8腳接正電源+3. 3v,軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第4腳接地， 軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第1腳輸出CHO。如圖3所示，DSP處理模塊內(nèi)部連接關(guān)系為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第1腳與電 阻&的一端相連接，電阻R7的另一端接正電源+3. 3v，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第2腳、第3 腳、第4腳、第5腳依次與輸入信號(hào)CHO、CHU CH2、CH3相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第 6腳接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第7腳、第9腳接正電源+3. 3v,模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4 的第8腳接基準(zhǔn)電壓源，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第10腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第11 腳、電阻R8的一端相連接，電阻R8的另一端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第12腳與DSP TMS320C2802U5的第56腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第13腳與DSP TMS320C2802U5 的第54腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第14腳與DSP TMS320C2802U5的第53腳相連 接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第15腳與DSP TMS320C2802U5的第52腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS8341U4 的第 16 腳與 DSP TMS320C2802U5 的第 51 腳相連接，DSP TMS320C2802U5 的第 50 腳接處理后的同步信號(hào)，DSP TMS320C2802U5的第57腳與非門74HC14U6的第1腳相連接， DSP TMS320C2802U5 的第 58 腳與非門 74HC14U6 的第 3 腳相連接，DSP TMS320C2802U5 的第 60腳與非門74HC14U6的第5腳相連接，光耦6N137U,的第1腳、第4腳懸空，光耦6N137U, 的第2腳與電阻R9的一端相連接，電阻R9的另一端接正電源+3. 3v,光耦6W37U7的第3腳 與非門74HC14U6的第2腳相連接，光耦6W37U7的第5腳接地，光耦6W37U7的第6腳與非 門74HC14U6的第9腳、電阻R12的一端相連接，光耦6N137U,的第7腳與光耦6N137U,的第 8腳、電阻R12的另一端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第8腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I 的第7腳相連接，光耦6N137U8的第1腳、第4腳懸空，光耦6N137U8的第2腳與電阻R10的 一端相連接，電阻Riq的另一端接正電源+3. 3v,光耦6W37U8的第3腳與非門74HC14U6的第 4腳相連接，光耦6N137U8的第5腳接地，光耦6N137U8的第6腳與非門74HC 14U6的第11 腳、電阻R13的一端相連接，光耦6W37U8的第7腳與光耦6W37U8的第8腳、電阻R13的另一
7端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第10腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第8腳相連接， 光耦6W37U9的第1腳、第4腳懸空，光耦6W37U9的第2腳與電阻R11的一端相連接，電阻 R11的另一端接正電源+3. 3v,光耦6W37U9的第3腳與非門74HC14U6的第6腳相連接，光耦 6N137U9的第5腳接地，光耦6N137U9的第6腳與非門74HC14U6的第13腳、電阻R14的一端 相連接，光耦6W37U9的第7腳與光耦6W37U9的第8腳、電阻R14的另一端、正電源+5v相連 接，非門74HC14U6的第12腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第9腳相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I 的第1腳、第3腳、第10腳、第12腳、第13腳、第17腳、第22腳和第24腳懸空，數(shù)模轉(zhuǎn)換 器AD420U1(I的第2腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第5腳、電容C5的一端、正電源+5v相連接， 電容C5的另一端接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第4腳、第6腳和第11腳接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器 AD420U10的第14腳與電阻R16的第一端、電阻R16的第二端、電阻R17的第一端相連接，數(shù)模 轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第15腳與電阻R16的第三端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第16腳與電 阻R17的第二端相連接，電阻R17的第三端與二極管D4的陽(yáng)極接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的 第18腳與二極管D4的陰極、二極管D3的陽(yáng)極相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第19腳與電 阻R18的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第20腳與電容C7的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器 AD420U10的第21腳與電容C6的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(1的第23腳與電容C6的另 一端、電容C7的另一端、二極管D3的陰極、電阻R18的另一端、電阻R15的一端、電容C8的一 端、電容C9的一端相連接，電阻R15的另一端接正電源+24v，電容C8的另一端與電容C9的另 一端接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第18腳輸出接PLC的模擬輸入口。水果稱重方法具體包括如下步驟1)信號(hào)預(yù)處理模塊9實(shí)時(shí)對(duì)稱重傳感器11輸出信號(hào)進(jìn)行放大濾波等預(yù)處理；2)DSP處理模塊8根據(jù)同步信號(hào)發(fā)生器13的同步脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)得到當(dāng)前分級(jí)速 度；3)在低速分級(jí)狀態(tài)下，DSP處理模塊8首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊9輸出信號(hào)進(jìn)行采 樣，當(dāng)信號(hào)預(yù)處理模塊9輸出信號(hào)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)采樣停止，然后應(yīng)用3-0法則對(duì)采樣數(shù) 組求平均得到低速分級(jí)水果的重量信息；4)在高速分級(jí)狀態(tài)下，DSP處理模塊8首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊9輸出信號(hào)進(jìn)行自 適應(yīng)濾波去噪，然后采用AR模型進(jìn)行反演運(yùn)算，得到高速分級(jí)水果的重量信息；5)DSP處理模塊8將低速分級(jí)水果的重量信息或高速分級(jí)水果的重量信息轉(zhuǎn)換成 4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，PLC4定時(shí)采集此電流信號(hào)，得到水果重量。工作時(shí)，信號(hào)預(yù)處理模塊9的輸出信號(hào)呈周期變化，其信號(hào)頻率等于分級(jí)速度，其 信號(hào)波形與分級(jí)速度和果杯7所載水果重量相關(guān)。慢速分級(jí)時(shí)，果杯7經(jīng)過(guò)承重片10的 時(shí)間較長(zhǎng)，信號(hào)預(yù)處理模塊9的輸出信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)呈山坡狀，且坡頂會(huì)有一段平坦區(qū)， 此平坦區(qū)表示果杯7正完全落在承重片10上方且信號(hào)預(yù)處理模塊9的輸出信號(hào)已達(dá)穩(wěn)態(tài)。 當(dāng)果杯7離開承重片10時(shí)信號(hào)預(yù)處理模塊9的輸出信號(hào)幅值開始下降；高速分級(jí)時(shí)，果杯 7經(jīng)過(guò)承重片10的時(shí)間較短，由于稱重傳感器11和信號(hào)預(yù)處理模塊9的響應(yīng)時(shí)間限制，信 號(hào)預(yù)處理模塊9的輸出信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)還沒(méi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，果杯7便已離開承重片10，此時(shí)信 號(hào)預(yù)處理模塊9的輸出信號(hào)呈振蕩狀。如圖4所示，DSP處理模塊8內(nèi)稱重方法總流程為DSP始終對(duì)同步信號(hào)記數(shù)，在定 時(shí)器中斷服務(wù)程序里根據(jù)定時(shí)時(shí)間內(nèi)累積的同步信號(hào)個(gè)數(shù)計(jì)算出分級(jí)速度，這樣分級(jí)速度
被實(shí)時(shí)更新。當(dāng)同步信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，根據(jù)分級(jí)速度選擇稱重策略，再依據(jù)相應(yīng)的稱重策 略反演出重量信息并將其轉(zhuǎn)換成4_20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。如圖5所示，低速稱重策略算法流程為首先根據(jù)分級(jí)速度確定延時(shí)時(shí)間d。延時(shí) 時(shí)間到后啟動(dòng)對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊9輸出信號(hào)的采樣，數(shù)據(jù)采樣完畢后判斷采樣數(shù)是否已呈 下降趨勢(shì)，如果判斷結(jié)果為假，則進(jìn)行下一輪采樣，否則停止采樣。采樣停止后，得到一組采 樣數(shù)據(jù)。應(yīng)用3-0法則剔除此組采樣數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤值，對(duì)余下數(shù)據(jù)求平均，將此平均值作 為此次采樣到的重量信息。如圖6所示，高速稱重策略算法流程為首先根據(jù)分級(jí)速度確定采樣次數(shù)，然后啟 動(dòng)對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊輸出信號(hào)9的采樣，采樣完畢后采用自適應(yīng)濾波算法對(duì)采樣值進(jìn)行濾 波處理，再判斷采樣次數(shù)是否達(dá)到要求，如果沒(méi)有達(dá)到，繼續(xù)下一輪采樣，否則停止采樣。采 樣停止后得到一組經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波算法處理過(guò)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)已建立好的AR模型對(duì)此組 數(shù)據(jù)進(jìn)行反演運(yùn)算，最終得到此次采樣到的重量信息。自適應(yīng)濾波采用了 LMS算法。設(shè)輸入系列構(gòu)成的M維向量為χ(η) = [χ (η), x(n-l)，...，χ(η-Μ+1)]τ，濾波系數(shù)構(gòu)成 M 維向量為 h(n) = [h (0)，h ⑴，...，h (M_l) ]τ，則 濾波器輸出為y (n) = h(n)T · χ(η)。采用LMS自適應(yīng)算法，其濾波系數(shù)更新公式為h(n+l) = h (η) + α · e (η) ·χ(η)(1)e (η) = d (η) _h (η)τ · χ (η) (2)式中e(n)為誤差序列，d(n)為理想信號(hào)，α為移動(dòng)步長(zhǎng)。這里取濾波器的階數(shù)為M = 2。由于預(yù)處理模塊中輸出信號(hào)包括直流偏置信號(hào)、 振蕩信號(hào)和噪聲信號(hào)，而只有直流偏置信號(hào)與承重片上的重量相關(guān)，為了將不相關(guān)部分的 影響降低，可將輸入取為常數(shù)1即χ(n) = [1，1]T，d(n)取為預(yù)處理模塊輸出信號(hào)即d(n) =sig (η)。為提高算法的性能，可將誤差序列用適時(shí)平均代替，則式(2)最終可寫成如下形 式 AR模型的建模步驟如下。選定某一果杯，記為A。將A果杯后面連續(xù)10個(gè)果杯從 分級(jí)鏈條上去掉。在A果杯上放IOOg重量的水果，開啟分級(jí)設(shè)備，記錄A果杯從離開承重 片開始IOOms內(nèi)信號(hào)預(yù)處理模塊輸出采樣值并存入數(shù)組y (η)。設(shè)AR模型為如式(4)所示。 根據(jù)L-D迭代算法和采樣數(shù)組y (η)即可求出AR模型預(yù)測(cè)系數(shù)|am(k)}，k = 1，2，. . . m。經(jīng) 過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，確定階數(shù)m= 12。 DSP處理模塊8得到低速分級(jí)水果的重量信息或高速分級(jí)水果的重量信息后將其 轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，PLC4定時(shí)采集此電流信號(hào)。設(shè)采集到的電流為i，水果真 實(shí)重量為g，電流信號(hào)的大小和真實(shí)水果重量間存在線性關(guān)系如式(5)所示g = k · i+b (5)式中，k為一次項(xiàng)系數(shù)，b為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。k和b通過(guò)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定，于是PLC4采 集到電流信號(hào)后，根據(jù)式(5)進(jìn)行運(yùn)算即可得到真實(shí)的水果重量。
權(quán)利要求
一種采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于包括水果輸送裝置(1)、變頻電機(jī)(2)、PC機(jī)(3)、PLC(4)、下果口(5)、電磁鐵(6)、果杯(7)、DSP處理模塊(8)、信號(hào)預(yù)處理模塊(9)、承重片(10)、稱重傳感器(11)、稱重區(qū)域(12)、同步信號(hào)發(fā)生器(13)；水果輸送裝置(1)與變頻電機(jī)(2)相連，同步信號(hào)發(fā)生器(13)安裝在水果輸送裝置(1)的從動(dòng)輪上，水果輸送裝置(1)的輸送帶上設(shè)有果杯(7)，果杯(7)內(nèi)放有水果，在水果輸送裝置(1)的輸送帶的一端下方為稱重區(qū)域(12)，在稱重區(qū)域(12)中設(shè)有承重片(10)和稱重傳感器(11)，在水果輸送裝置(1)的輸送帶的另一端下方設(shè)有電磁鐵(6)，稱重傳感器(11)與信號(hào)預(yù)處理模塊(9)、DSP處理模塊(8)、PLC(4)、電磁鐵(6)依次連接，電磁鐵(6)的下方設(shè)有下果口(5)，PLC(4)分別與變頻電機(jī)(2)、PC機(jī)(3)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)，其 特征在于所述的信號(hào)預(yù)處理模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為儀表運(yùn)放ADeZOU1的第1腳與電容(^ 的一端、電阻R3的第一端相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第2腳與電容C1的另一端、電阻R1的 一端相連接，電阻R1的另一端與稱重傳感器Sig-相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第3腳與電 阻R2的一端、電容C2的一端相連接，電阻R2的另一端與稱重傳感器Sig+相連接，儀表運(yùn)放 AD620U!的第4腳接負(fù)電源-12v，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第5腳接地，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第 6腳與電阻R5的一端相連接，儀表運(yùn)放ADeZOU1的第6腳接正電源+12v，儀表運(yùn)放ADeZOU1 的第8腳與電阻R4的一端、電容C2的另一端相連接，電阻R4的另一端與電阻R3的第二端相 連接，電阻R3的第三端懸空，電阻R5的另一端與電容C3的一端、電阻R6的一端相連接，電容 C3的另一端與通用運(yùn)放0P07U2的第2腳、通用運(yùn)放0P07U2的第6腳、二極管D1的陽(yáng)極、二 極管D2的陰極、軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第3腳相連接，電阻R6的另一端與電容C4的一端、 通用運(yùn)放0P07U2的第3腳相連接，電容C4的另一端接地，通用運(yùn)放0P07U2的第7腳接正電 源+12v，通用運(yùn)放0P07U2的第4腳接負(fù)電源-12v，二極管D1的陰極接正電源+3. 3v, 二極 管D2的陽(yáng)極接地，軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第2腳與軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第1腳相連 接，軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第8腳接正電源+3. 3v,軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第4腳接地， 軌至軌運(yùn)放TLV2252U3的第1腳輸出CHO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)，其 特征在于所述的DSP處理模塊內(nèi)部連接關(guān)系為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第1腳與電阻R7 的一端相連接，電阻R7的另一端接正電源+3. 3v，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第6腳接地，模數(shù) 轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第7腳、第9腳接正電源+3. 3v,模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第8腳接基 準(zhǔn)電壓源，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第10腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第11腳、電阻&的 一端相連接，電阻R8的另一端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第12腳與DSP TMS320C2802U5 的第56腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第13腳與DSP TMS320C2802U5的第54腳相連 接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4的第14腳與DSP TMS320C2802U5的第53腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換 器ADS8341U4的第15腳與DSP TMS320C2802U5的第52腳相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8341U4 的第16腳與DSP TMS320C2802U5的第51腳相連接，DSP TMS320C2802U5的第57腳與非門 74HC14U6的第1腳相連接，DSP TMS320C2802U5的第58腳與非門74HC14U6的第3腳相連接， DSP TMS320C2802U5的第60腳與非門74HC14U6的第5腳相連接，光耦6N137U7的第1腳、第 4腳懸空，光耦6W37U7的第2腳與電阻R9的一端相連接，電阻R9的另一端接正電源+3. 3v, 光耦6W37U7的第3腳與非門74HC14U6的第2腳相連接，光耦6W37U7的第5腳接地，光耦6N137U,的第6腳與非門74HC14U6的第9腳、電阻R12的一端相連接，光耦6W37U7的第7腳 與光耦6W37U7的第8腳、電阻R12的另一端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第8腳與 數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第7腳相連接，光耦6W37U8的第1腳、第4腳懸空，光耦6W37U8的 第2腳與電阻Rltl的一端相連接，電阻Rltl的另一端接正電源+3. 3v，光耦6W37U8的第3腳 與非門74HC14U6的第4腳相連接，光耦6W37U8的第5腳接地，光耦6W37U8的第6腳與非 門74HC14U6的第11腳、電阻R13的一端相連接，光耦6W37U8的第7腳與光耦6W37U8的第 8腳、電阻R13的另一端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第10腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I 的第8腳相連接，光耦6N137U9的第1腳、第4腳懸空，光耦6N137U9的第2腳與電阻R11的 一端相連接，電阻R11的另一端接正電源+3. 3v，光耦6N137U9的第3腳與非門74HC14U6的 第6腳相連接，光耦6W37U9的第5腳接地，光耦6W37U9的第6腳與非門74HC14U6的第13 腳、電阻R14的一端相連接，光耦6W37U9的第7腳與光耦6W37U9的第8腳、電阻R14的另一 端、正電源+5v相連接，非門74HC14U6的第12腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第9腳相連接，數(shù) 模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第1腳、第3腳、第10腳、第12腳、第13腳、第17腳、第22腳和第24 腳懸空，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第2腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第5腳、電容C5的一端、正 電源+5v相連接，電容C5的另一端接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第4腳、第6腳和第11腳接 地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1Q的第14腳與電阻R16的第一端、電阻R16的第二端、電阻R17的第一 端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第15腳與電阻R16的第三端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I 的第16腳與電阻R17的第二端相連接，電阻R17的第三端與二極管D4的陽(yáng)極接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換 器AD420U1Q的第18腳與二極管D4的陰極、二極管D3的陽(yáng)極相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的 第19腳與電阻R18的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第20腳與電容C7的一端相連接， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第21腳與電容C6的一端相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第23腳與 電容C6的另一端、電容C7的另一端、二極管D3的陰極、電阻R18的另一端、電阻R15的一端、 電容C8的一端、電容C9的一端相連接，電阻R15的另一端接正電源+24v，電容C8的另一端與 電容C9的另一端接地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420U1(I的第18腳輸出接PLC的模擬輸入口。
4. 一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的水果稱重方法，其特征在于1)信號(hào)預(yù)處理模塊(9)實(shí)時(shí)對(duì)稱重傳感器(11)輸出信號(hào)進(jìn)行放大濾波等預(yù)處理；2)DSP處理模塊(8)根據(jù)同步信號(hào)發(fā)生器(13)輸出的同步脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)得到當(dāng)前分級(jí) 速度；3)在低速分級(jí)狀態(tài)下，DSP處理模塊(8)首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊(9)輸出信號(hào)進(jìn)行采 樣，當(dāng)信號(hào)預(yù)處理模塊(9)輸出信號(hào)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)采樣停止，然后應(yīng)用3-0法則對(duì)采樣 數(shù)組求平均得到低速分級(jí)水果的重量信息；4)在高速分級(jí)狀態(tài)下，DSP處理模塊(8)首先對(duì)信號(hào)預(yù)處理模塊(9)輸出信號(hào)采樣并 進(jìn)行自適應(yīng)濾波去噪，然后采用AR模型對(duì)采樣數(shù)組進(jìn)行反演運(yùn)算，得到高速分級(jí)水果的重 M.fn 息；5)DSP處理模塊(8)將低速分級(jí)水果的重量信息或高速分級(jí)水果的重量信息轉(zhuǎn)換成 4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，PLC(4)定時(shí)采集此電流信號(hào)，得到水果重量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用DSP處理模塊和智能算法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)及稱重方法。水果輸送裝置與變頻電機(jī)相連，同步信號(hào)發(fā)生器安裝在水果輸送裝置的從動(dòng)輪上，水果輸送裝置的輸送帶上設(shè)有果杯，果杯內(nèi)放有水果，在水果輸送裝置的輸送帶的一端下方為稱重區(qū)域，在稱重區(qū)域中設(shè)有承重片和稱重傳感器，在水果輸送裝置的輸送帶的另一端下方設(shè)有電磁鐵，稱重傳感器與信號(hào)預(yù)處理模塊、DSP處理模塊、PLC、電磁鐵依次連接，電磁鐵的下方設(shè)有下果口，PLC分別與變頻電機(jī)、PC機(jī)相連。本發(fā)明在分級(jí)速度為每秒18個(gè)果的速度下，稱重精度可達(dá)1.5％以內(nèi)，且允許操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件人為改變分級(jí)速度而不影響到稱重精度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化程度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01G11/00GK101898191SQ20101022867
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者侯迪波, 劉喆, 周澤魁, 張光新, 田徑, 蔡文, 高覓諦, 黃平捷 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)