20082053-初开阔-第三稿.doc
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1、青岛农业大学毕 业 论 文(设计)题 目: 基于CCD传感器的漏播检测系统设计姓 名: 初开阔 学 院: 机电工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 2008.03 学 号: 20082053 指导教师: 龚丽农 2012年 6 月 18 日目录1绪论11.1漏播检测意义11.2国内外研究现状11.3本课题设计内容12硬件系统设计32.传感器的选择32.2传感器驱动电路选择52.3系统电源设计82.3.1升压电路82.3.2主控系统的电源设计102.3.3GPSOEM板卡电源的设计113软件设计123.1漏播检测参数关系123.1.1漏播产生的原因123.1.2最小漏播距离与农艺株距
2、123.1.3各项参数的关系123.2 CCD信号处理133.3设计内容143.3.1设计框图143.3.2程序设计思路153.3.3主程序设计154 结论与建议234.1 结论234.2 本系统的创新点234.3 问题与建议23参考文献24致谢25基于CCD传感器的漏播检测系统设计摘要 精密播种是现代农业增产的重要途径,精确地检测排种器的性能是实现精密播种的重要环节。目前,国内使用的精密播种机绝大多数是机械式播种机,该类型的播种机作业时都存在不同程度的漏播现象。如何快速和准确地检测精密播种质量,并根据检测结果对播种器进行实时调控,以提高系统稳定性,是现代精密播种器急需解决的问题。 本文采用C
3、CD传感器对落种信号进行检测,并设计了相应的软件。系统能根据播种机行进速度,播种要求对落种信号进行分析。当出现漏播时,系统能通过串口向上位机发出报警信号。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。关键词:漏播;传感器;单片机; IIDesign of seed obsence detection system based on CCD senorAbstract Precision seeding is the important way of modern agricultural production, accurate detection of seedmeter
4、performance is the important link of precision seeding. At present, the vast majority of precision used indomestics is mechanical seeder, the type of the seeding machine there are varying degrees of seeding obsence phenomenon. How to detect the quality of precision seeding quickly and accurately, an
5、d control the seeder real time according to the detection result, to improve the stability of the system, the problem badly in need of solving for. the modern precision seeder This paper uses the CCD sensor to detection, and designs corresponding software. The system can analysis the falling signal
6、according to the speed of the seeding machine speed, and requirements of Sowing. When there is leakage sowing, system sends out an alarm signal to the host computer through the serial port. It will facilitate the driver troubleshooting and improves seeding quality and work efficiency.of the mechanic
7、al type precision seederKey words: leakage sowing; sensor; single chip microcomputer;青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文)1绪论1.1漏播检测意义 精密播种是现代农业增产的重要途径,精确地检测排种器的性能是实现精密播种的重要环节。目前,国内使用的精密播种机绝大多数是机械式播种机,该类型的播种机作业时都存在不同程度的漏播现象。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
8、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
9、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.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
10、硬件系统设计2.1传感器的选择传感器有以下优点: (1)高解析度(High Resolution):像点的大小为m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400500万像素。 (2)低杂讯(Low Noise)高敏感度: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,使的应用较不受天候拘束。 (3)动态范围广(High Dynamic Range):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
11、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(High Quantum Efficiency ):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(Large Field of View):利用半导体技术已可制造大面积的D晶片,目前与传统底片尺寸相当的35mm的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
12、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博伊尔和乔治史密斯发明的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
13、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
14、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CC
15、D(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
16、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
17、,模拟输出信号电压幅度在400mv5V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2050mA,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
18、)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:1O1,线阵CCD1像元信号输出;2O2,线阵CCD2像元信号输出;3O3,线阵CCD3像元信号输出;4O4,线阵CCD4像元信号输出;5A1,线阵CCD2像元信号电流输出;6GD,线阵CCD2像元信号电流输出地;7A2,线阵CCD3像元信
19、号电流输出;8GD,线阵CCD4像元信号电流输出地;9SH,线阵CCD像元转移脉冲输出,基准信号;10D1,线阵CCD1二值化信号输出;11D2,线阵CCD2二值化信号输出;12D3,线阵CCD3二值化信号输出;13D4,线阵CCD4二值化信号输出;14Q2,线阵CCD第二相时钟脉冲输出;15RS,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;16SP,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;18GD,5V电源地;19+2V,线阵CCD阈值电平;20GD,线阵CCD阈值电平地采用连体式线阵CCD
20、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系统电源设计设计任务:完成传感器1224v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2-4 LT3782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。 和匹配输出电流限定,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,选择取和
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- 20082053 开阔 第三
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