線陣圖像傳感器TCD1208AP在桑蠶選種中的應(yīng)用
摘要:為了實(shí)現(xiàn)桑蠶選種自動(dòng)化,設(shè)計(jì)了基于TCD1208AP桑蠶選種識(shí)別系統(tǒng)。介紹了用于系統(tǒng)的微控制器STC12C5412AD和線陣圖像傳感器TCD1208AP主要特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu),給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,闡述了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)流程,最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了安裝運(yùn)行,驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能指標(biāo),達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),為下一步的研究指明了方向。
關(guān)鍵詞:桑蠶選種;線陣圖像傳感器;驅(qū)動(dòng)時(shí)序;異步串行通信;微控制器;LCD驅(qū)動(dòng)
企業(yè)化桑蠶選種育種目前仍由人工逐粒進(jìn)行辨別分檢完成,工作繁瑣,效率低下。隨著人力資源成本的提升,已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的瓶頸,制約著企業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)企業(yè)需求,利用高速線陣圖像傳感器TCD1208AP(高速線陣圖像傳感器TCD1208AP簡(jiǎn)稱CCD)和單片機(jī)STC12C5412(單片機(jī)STC12C5412簡(jiǎn)稱MCU),結(jié)合桑蠶選種要求和其體型特征,開發(fā)了基于CCD的桑蠶選種識(shí)別系統(tǒng),應(yīng)用于生產(chǎn)線后,收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1 圖像識(shí)別系統(tǒng)基本工作原理
圖像識(shí)別系統(tǒng)由CCD傳感器、光學(xué)鏡頭、三色獨(dú)立控制照明燈、通信電路、電磁彈剔機(jī)構(gòu)、LCD顯示電路及MCU、電源電路等組成,如圖1所示。
光學(xué)鏡頭與CCD構(gòu)成圖像采集電路,其線陣與輸送帶平行。三色獨(dú)立控制照明燈為CCD提供所需的恒定一致的光源,其紅、綠、藍(lán)三色可分別控制。LCD用于顯示工作狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置,STC12C5412AD是系統(tǒng)的核心,不但模擬CCD工作所需的驅(qū)動(dòng)脈沖,還要對(duì)成像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷,按設(shè)定數(shù)據(jù)控制三色照明燈工作,并通過(guò)異步串行半雙工RS-485通信線路控制傳送帶的速度與系統(tǒng)的處理能力同步。電磁彈剔機(jī)構(gòu)將圖像識(shí)別系統(tǒng)認(rèn)為不合格品剔出傳送帶。
由專用機(jī)構(gòu)將預(yù)留蠶種的繭輸入到傳送帶上,通過(guò)振動(dòng),使蠶繭的軸向與傳送的運(yùn)動(dòng)方向一致,排成一列,送至圖像識(shí)別系統(tǒng)。
被檢繭通過(guò)鏡頭在CCD上成像,MCU按設(shè)定數(shù)據(jù)控制三色照明燈工作并啟動(dòng)CCD拍攝,經(jīng)CCD內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器對(duì)各個(gè)感光像素元進(jìn)行數(shù)字化,并送至相應(yīng)存儲(chǔ)器,供單片機(jī)讀取。占用像素元的數(shù)量與體形大小成正比,像素的數(shù)值與亮度成反比。一屏圖像2 160像素元,常被三只繭的成像所占用。MCU讀出繭在CCD的成像數(shù)據(jù),選擇其中一個(gè)完整的,分析所占像素和亮度值,得出體形數(shù)據(jù)和體色數(shù)據(jù),并與設(shè)定的數(shù)據(jù)相比較,判定是否合格,不合格者則剔出傳送帶。
優(yōu)良的繭體型大、圓潤(rùn)飽滿、色澤明亮潔白,當(dāng)繭內(nèi)蛹有病或已死掉時(shí),外觀色澤暗淡,有時(shí)帶有色斑。首先將優(yōu)質(zhì)繭與劣質(zhì)繭放在CCD進(jìn)行測(cè)量。MCU不斷調(diào)整三色照明燈各色的比例,并讀出相應(yīng)的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì),經(jīng)LCD(am19264—2)模擬成像。當(dāng)優(yōu)質(zhì)和劣質(zhì)繭的成像亮度值差最大時(shí),優(yōu)質(zhì)和劣質(zhì)繭的成像亮度值的中值以及所占用的像素?cái)?shù)即是判斷繭合格與否的依據(jù),三色照明燈的值即為設(shè)定值。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 器件選擇
CCD傳感器采用日本東芝生產(chǎn)的高靈敏度、暗電流小、高速的TCD1208AP。TCD1208AP使用+5 V單電源,2 160像素元,長(zhǎng)寬14μm×14μm,輸入信號(hào)有二相CCD時(shí)鐘脈沖。一路轉(zhuǎn)移脈沖和一路復(fù)位脈沖,輸出有信號(hào)輸出和補(bǔ)償輸出,一行輸出2 212像元組成。圖2為TCD1208AP驅(qū)動(dòng)時(shí)序。
單片機(jī)選用高性能28PDIP封裝的STC12C5412AD。STC12C5412AD是新型的采用1T流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),兼容MS51系列單片機(jī),工作電壓3.4~5.5 V,工作頻率高達(dá)35 MHz,相當(dāng)于普通MS51系列單片機(jī)420 MHz.12 K的用戶應(yīng)用程序空間和512字節(jié)在片內(nèi)RAM,并支持ISP和IAP編程,特別是內(nèi)部集成了E2PROM、MAX810專用復(fù)位電路、可編程看門狗電路、四路8 bit PWM輸出,8路10bit A/D高速轉(zhuǎn)換電路等實(shí)用特色電路,有效提高了新產(chǎn)品的可靠性。
顯示屏選用192x64點(diǎn)陣的蘭背光LCD AM19264。因CCD像元較多,LCD點(diǎn)陣少,通過(guò)多屏顯示一幀完成的圖像。該功能僅用于系統(tǒng)調(diào)試。
評(píng)論