一種基于多波段led陣列的谷粒分類方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及了多光譜檢測領域，特別涉及了一種基于多波段LED陣列的谷粒分類方法及系統，利用多光譜技術檢測目標物內部成分含量，屬于光學無損檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]玉米作為禾本科、玉蜀黍屬一年生高大草本，是世界上分布最廣泛的糧食作物之一，種植面積僅次于小麥和水稻而居第三位，是人類社會生存和發展的重要糧食作物和重要飼料來源，也是全世界總產量最高的糧食作物。玉米被廣泛用于口糧消費、牲畜飼料的原料、化學產品的原材料。
[0003]近年來，優良的雜交玉米品種越來越得到人們的重視，而與此同時，伴隨著假玉米種子坑農、害農事件的不斷發生，玉米品種的鑒別成為了保障農業生產的一個重要問題。另夕卜，品種鑒別對新品種的培育也起著積極的作用。所以對玉米的品質品種進行準確、無損、高效的檢測分類是十分有必要的。
[0004]現有多光譜的研究和應用最多的是近紅外光譜分析，其原理是不同基團產生的光譜在吸收峰位置和強度都有顯著差異，并隨樣品組成的變化其光譜特征也發生變化。而糧食中含有蛋白質、脂肪、糖、淀粉和纖維等有機成分，他們在近紅外區域有豐富的吸收光譜，每種成分都有特定的吸收特征，這些吸收特征為近紅外光譜定量分析提供了依據。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基于多波段LED陣列的谷粒分類方法及系統，使用多波段LED陣列作為光源，可用于不同檢測目標及檢測成分谷粒的分類。
[0006]本發明采用如下技術方案:
[0007]一、一種基于多波段LED陣列的谷粒分類方法，包括如下步驟:
[0008]向在輸送中的谷粒發射多次入射光，經谷粒漫反射后通過硅光電池接收光信號并轉換為電信號，獲得不同波長下的光強電壓信號，將光強電壓信號通過通過預設的分類模型處理轉換為該谷粒的分類結果，根據分類結果對被測谷粒進行分類。
[0009]所述發射多次入射光為依次發射不同峰值波長的光。
[0010]所述的光強電壓信號是由硅光電池通過光電效應生成的光電流經集成運算放大器的比例放大轉換獲得，集成運算放大器可采用如圖4所示的電路。
[0011]所述的入射光的各個峰值波長均在硅光電池的相對光譜靈敏度范圍內，使得硅光電池在所有使用的LED波長下均有光電效應。
[0012]所述不同峰值波長需根據谷粒檢測目標的不同和谷粒檢測成分的不同而定。
[0013]所述集成運算放大器的比例放大電路的放大倍數需要根據硅光電池對反射光的響應靈敏度進行選擇，使得放大后的電壓在一個適宜的區間。
[0014]所述分類模型的建立方法以及分類參數的選擇需根據不同建模方法的實際效果進行選擇和使用。
[0015]二、一種基于多波段LED陣列的谷粒分類系統:
[0016]包括傳送機構，用于輸送谷粒至分類操作機械機構上方；傳送機構包括輸送帶、直流減速電機和固定臺，固定臺上開有一道矩形槽，輸送帶安裝在矩形槽內，輸送帶的主動輪連接直流減速電機的輸出軸，由直流減速電機帶動輸送帶運動，分類操作機械機構位于輸送帶出口處的矩形槽正下方；
[0017]包括光強檢測采集裝置，位于傳送機構正上方，向谷粒發射光并將采集獲得谷粒反射的光強電壓信號傳送到單片機；
[0018]包括單片機，光強檢測采集裝置經單片機連接分類操作機械機構，將谷粒反射的光強電壓信號處理轉換為谷粒的分類信號；
[0019]包括分類操作機械機構，由單片機傳送來的分類信號對傳送機構傳送來的谷粒執行谷粒分類操作，進行分揀；分類操作機械機構包括舵機和分向板，舵機的輸出軸與分向板連接，分向板位于輸送帶出口處的矩形槽的正下方。
[0020]光強檢測采集裝置包括多波段LED陣列、印刷電路板和反射光強信號采集系統，多波段LED陣列和反射光強信號采集系統均安裝在印刷電路板的底面，印刷電路板位于傳送機構的輸送帶正上方，反射光強信號采集系統位于多波段LED陣列的中心。
[0021]多波段LED陣列和反射光強信息采集系統均焊接在印刷電路板上，然后安裝在檢測平臺頂部，同時需將印刷電路板圍起形成暗室環境，消除環境光對檢測過程的干擾；輸送帶用于將被測目標從暗室環境外送至暗室內的聚焦鏡頭下，輸送帶及鏡頭視野內背景選擇黑色，以此來減少背景反射光的干擾并降低反射光信號的噪音干擾。
[0022]反射光強信息采集系統包括硅光電池、聚焦鏡頭和集成運算放大器，聚焦鏡頭豎直向下安裝，并使聚焦鏡頭的焦點位于硅光電池的照射敏感區，硅光電池固定在印刷電路板底面，硅光電池經集成運算放大器連接單片機，集成運算放大器可采用如圖4所示的電路。
[0023]反射光強信息采集系統需要通過聚焦透鏡將來自檢測目標的反射光聚焦，從而匯聚在硅光電池的照射敏感區；聚焦后的反射光信號更強，環境光對系統的的干擾減弱；同時，需要調整聚焦透鏡的視野，使得其視野略大于被測籽粒，被測籽粒應占據聚焦鏡頭視野的80%左右。
[0024]硅光電池光電轉換后的電信號通過集成運算放大器進行信號的放大、濾波、模數轉換；電信號的放大采用集成運算放大器的比例放大電路，集成運算放大器可采用如圖4所示的電路，模數轉換通過單片機內部集成的模數轉換器來完成。反射光強信息采集系統，獲得不同波段反射光的光強電壓信號的模數轉換值后，將數據發送至計算機。
[0025]比例放大電路如圖4所示，放大器0P37G的正負極輸入端分別連接電阻R19和電阻R20，放大器0P37G的輸出端與負極輸入端之間并聯有電容C2、電阻R21，放大器0P37G的輸出端經電阻R22和電容Cl后接地。
[0026]所述的多波段LED陣列包括沿圓周依次均布陣列的三組相同的LED燈組，每組LED燈組均包括多個不同的LED燈，三組LED燈組中LED燈的排列順序均相同，每組中各個LED燈的峰值波長均不相同，所有LED燈朝向反射光強信息采集系統正下方傳送谷粒的傳送機構輸送帶上。
[0027]組內以及組間LED均勻分布，形成均勻對稱分布的光源，使得光源照射均勻適宜；多波段LED陣列安裝后，需要進行光源照射方向的調整，使得所有LED燈朝向反射光強信息采集系統正下方傳送谷粒的輸送帶上，同峰值波長的個LED點亮后形成一個均勻的光斑，照射在檢測谷粒的目標表面。
[0028]所述的多波段LED陣列用三極管來控制亮滅，包括沿圓周依次均布陣列的三組相同的LED燈組，三組LED燈組中各峰值波長相同的三個LED燈依次串聯后一端經限流電阻RC連接到三極管集電極，另一端接電源，三極管發射極接地，三極管基極經限流電阻RB連接單片機的控制端。如圖5所示，三個LED燈串聯后經電阻Rll連接到三極管Ql集電極，三極管Ql基極經電阻Rl接單片機。
[0029]本發明還可包括連接單片機的計算機，用于記錄并處理光強電壓信號，并發送分類信號至單片機。另一方面，檢測平臺外的計算機可作為上位機，單片機作為下位機，通過數據線與作為檢測平臺控制核心的單片機相連，可控制輸送帶的運行、多波段LED陣列的亮滅、分類操作機械機構的運行，并控制反射光強信息采集系統的數據采集。
[0030]本發明的有益效果是:
[0031]本發明方法采用多波段LED陣列的手段，通過檢測不同波長反射光強弱的方法來檢測目標物及其成分的含量。
[0032]本發明通過采用硅光電池作為光電傳感器的設計方法，極大地降低了裝置的成本；采用一定的分類模型建立方法，建立了模數轉換值與檢測目標或檢測成分之間的關系，實現對檢測目標進行分類。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明系統的結構示意圖之一。
[0034]圖2為本發明系統的結構示意圖之二。
[0035]圖1和圖2中:1為被測谷粒；2為輸送帶；3為多波段LED陣列；4為反射光強信息采集系統；5為單片機；6為數據線；7為計算機；8為舵機；9為印刷電路板；10為直流減速電機；11為分向板。
[0036]圖3為本發明多波段LED陣列的陣列結構示意圖；
[0037]圖3中:A?I為不同峰值波長的多波段LED陣列J為聚焦鏡頭及硅光電池的安裝位；其中多波段LED陣列數量及峰值波長需要根據實際檢測的需要進行選擇。
[0038]圖4為本發明對硅光電池光電效應的比例放大電路。
[0039]圖5為多波段LED陣列的控制電路。
[0040]圖6為本發明系統整體運行流程圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0042]本發明方法和系統可采集多個特定波長下谷粒的反射光強電壓信號，然后通過一定的模型建立方法，建立其模數轉換值與檢測目標或檢測成分之間的關系，并通過分類模型處理后對檢測目標進行分類。
[0043]本發明的實施例及其具體工作過程如下:
[0044]如圖1和圖2所示，具體實施中由直流減速電機10帶動輸送帶2，被測谷粒I被送至反射光強信息采集系統4的聚焦