糧食檢查論文：糧食雜質檢查機制的評述

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本文作者：張恕遠陳廷成工作單位：西華大學

系統的組成及工作原理該系統主要由小樣分檢系統、近紅外檢測系統、稱重系統、配氣系統及檢測系統組成，如圖1所示。糧食小樣通過導向管流向分檢盤，在分檢盤的外圓周圍均勻分布著60個存粒穴，每個存粒穴通過配氣溝與真空泵相連，當小樣顆粒注入存粒穴時，由于負壓作用使每個存粒穴中存入一粒小樣，從而將小樣顆粒分檢成單粒態，這樣可保證被測物能一個不漏地被檢測。在分檢盤的頂端A處安裝一近紅外光源發射頭和光源接收頭，分檢盤沿順時針方向在步進電機帶動下步進回轉，當小樣顆粒步進到光源發射頭和光源接收頭之間的間隙A處時，單片機控制系統對光源接收頭接收到的光譜信號進行采樣和判別，如屬正常光譜，則小樣顆粒繼續在負壓下順時針轉到圖中C位，在C位分檢盤的存粒穴開始與真空配氣閥脫離，粒料在脫粒刷的作用下自動落入收料箱中;如果光譜為非正常光譜，則判定為雜質，在分檢盤順時針旋轉至距離頂端42°的方向上設置一個高壓配氣閥，當雜質轉到42°時通過單片機控制系統打開高壓配氣閥，此時壓縮空氣將雜質射出，并由雜物回收箱收集。雜質排出后，斷開壓縮空氣，當分檢盤在連續回轉中無雜質時，正常顆粒也會通過42°無負壓區B，但粒料在42°處時由于重力原因不會自動脫離穴位，粒料通過42°位后，進入負壓區則不會掉落，只有當進入C區時才會脫落。

自動分檢控制系統設計根據以上工作原理設計出基于單片機的自動分檢控制系統(如圖2所示)，該系統主要由單片機系統、近紅外光譜檢測系統、分檢盤步進電機驅動系統、電子秤稱重系統、壓縮空氣控制系統以及鍵盤、顯示器和打印機等部分組成。設計單片機系統時，在對目前通用和流行的單片機芯片進行了大量的比較和論證的基礎上選擇Cygnal公司的C8051F020單片機，它具有和51系列單片機完全兼容的指令系統，同時它的體積小、功耗低、速度快且自身集成了64kFLASH，4kRAM，8CH12位A/D以及Watchdog等，具有片內JTAG測試電路，可進行全速在線調試。由單片機控制的步進電機帶動分檢盤順時針步進回轉，使小樣顆粒按照光譜儀檢測要求有節奏地通過紅外光源發射頭與光源接收頭之間的間隙，近紅外光譜儀通過檢測顆粒的近紅外光譜的變化，并將檢測的光譜數據經RS232串行接口傳遞到單片機，單片機通過數據分析、比較，從而分辯出當前的小樣顆粒為糧食或雜質。若為雜質，單片機控制步進機在分檢口B處作慢速步進，并通過控制電磁鐵換向閥接通壓縮空氣將雜質射入雜質導向管;否則，步進電機均勻運動使糧食顆粒在脫離穴位C處送入收料箱中，從而將顆粒中雜質分檢開來。雜質進入雜質收集箱，電子秤稱出雜質質量，并將量值通過RS232串口送入單片機系統分析處理，其結果通過LCD顯示并通過報表打印機打印，以提供給用戶。同時，單片機系統能對空氣壓縮機、真空泵進行啟?？刂?，并通過壓力傳感器檢測空氣壓縮機和真空泵壓力。

從計算機應用角度出發，該控制系統為一數據采集及控制系統。輸入信號有:模擬信號輸入(如壓力傳感器)，數據量輸入(如光譜儀和電子秤的串行數據輸入);輸出信號有:數字量輸出DO(如步進電機、壓縮機等)。為便于開發調試，軟件采用模塊化設計思路，對于不同硬件模塊，有相應的軟件子程序與之對應，主要包括:步進電機驅動，近紅外光譜儀數據采集，電子秤數據采集，壓縮機及近紅外光源控制，數據分析和處理液晶顯示，鍵盤，打印等。在軟件編制時應注意:1)近紅外技術是依據某一化學成分對近紅外區光譜的吸收特性而進行的測定，所以該技術的關鍵是在糧食小樣和近紅外光譜之間建立一種關系。其基本流程包括:首先收集具有代表性的樣品(其組成及其變化范圍接近于要分析的樣品)，然后采集樣品的光學數據。由于小樣雜質檢測只需要將雜質從樣品中分離出來，不需要定量分析，因此，直接將樣品的光學數據作為檢測的標準值，不需要對小樣成分作定量分析;在分析未知樣品時，先對待測樣品進行掃描，根據掃描光譜值同標準值進行成分含量比較，從而可將小樣中的雜質分離出來。由于定標的好壞直接關系到雜質識別的準確性，因此，定標軟件是檢測系統軟件設計的核心。2)近紅外光譜儀對小樣顆粒的檢測時間約為100ms，因此需使小樣顆粒慢速通過紅外光源發射頭與光源接收頭之間A處的間隙。但為了提高分檢效率，分檢盤的速度又不能太慢，所以，分檢盤應實現變速回轉，即當小樣顆粒通過紅外光源發射頭與光源接收頭之間A處的間隙時，轉盤轉速變慢，降到大約1r/min，其余時間轉盤轉速為10r/min。同時，也保證了當小樣顆粒慢速通過頂端檢測位置A處時，剛好有一已檢顆粒慢速通過雜質分檢位B，若該顆粒為雜質，單片機控制系統有足夠的時間去控制換向閥換向，接通壓縮空氣將雜質分檢出來。這樣回轉盤在回轉中速度是“快—慢”交替回轉，從而即滿足了雜質檢測、分檢慢的要求，也滿足了高的檢測效率。

由于糧食顆粒的產地與所含水份的不同，其近紅外光譜的波長范圍也有一定的差別，為了提高檢測的準確性，在對同一批糧食顆粒檢測之前，需進行少量糧食樣品的學習，存儲本批糧食的近紅外光譜的波長范圍，并在檢測過程中不斷修正系統數據，為提高小樣檢測的準確性打下基礎。該檢測裝置檢測速度快，可靠性高，檢測誤差小，誤差范圍小于0．3%，本裝置適用于不同品種的稻谷、小麥、玉米、大豆4種原糧中雜質的選取。