微电脑自动数粒仪系统设计详细解析.doc

托普仪器、质量第一、诚信至上、服务为本、创新为魂、立足精专、追求卓越微电脑自动数粒仪系统设计详细解析1 简介数粒仪是一种能对农作物种子如稻、麦 豆类、油菜籽和芝麻进行自动数粒的数字显示电子测量仪器。基于农业的发展浙江托普仪器有限公司研制出了SLY-C系列的微电脑自动数粒仪，使用该仪器数粒，不仅可以大大节省数粒时间，而且数粒准确可靠。数粒仪的研制成功为农业科研单位、农业大专院校、种子系统和粮食部门提供考种，测量千粒重的先进测量设备。SLY-C型多用数粒仪性能较稳定，数粒误差不大于士4，数l000粒种子约需3分钟，当外界交流电源在l9O220伏范围内变化时，仪器能正常工作。该仪器已由有关农业部门试用，效果很好。为了使多用数粒仪具有高的数粒精度，更稳定的工作性能和更广阔的适用范围，我们将原研制的数粒仪电路作了重要修改和设计。在对光电转换装置大量试验的基础上，确定了光源和接收管的孔径，并提高其同心度，改进了电磁振动线圈的电源控制元件和机构。改进后的数粒仪经长期使用，证实其性能已满足农业科研的需要。2 电子数粒仪的发展电子数粒仪可以主要用于粮食作物如稻麦高粱等颗粒进行自动记数，在农业院校、农业科技推广站及种子公司考察种子品质指标测定千粒重有广泛应用。数粒仪作为一种精密电子测量仪器，经过精心设计研制、改进小批试制后 ,其主要性能已选到国外同类产品的先进水平，特别是数粒准确、快速，工作稳定可靠，寿命长等特点。而其价格却比国外产品低得多,且体积小，噪声低，很适合国内农业部门有关单位应用数粒仪的推广应用将使我国农业科研工作者在进行育种、选种过程中提高研究水平,节省大量时间。电子数粒仪除在农业院校、农业科技推广站及种子公司得到推广外，电子数粒仪在包装工业中得到了很好的应用与发展。一般来讲，包装机械都位于整个生产流程的末端，它必须快速灵活地适应不同产品，不同包装规格的需求，并且在越来越短的产品生产周期内方便地进行设备调整，而数粒仪在其中发挥了很重要的作用。在市场竞争中，知变善变，不断创新，以建立企业竞争优势。将数粒仪转化为商品，以增加其附加值，正确选择有发展潜力的产品是至关重要的。进行科学管理和高效率生产，节约能耗、物耗，降低产品成本。市场竞争日益加剧，唯一的出路是以积极态度迎接挑战，以过硬的功夫奋力拼搏，方能在危机中求得生存，在挑战中取得发展。电子数粒仪除在农业院校、农业科技推广站及种子公司得到推广外，电子数粒仪在包装工业中得到了很好的应用与发展。一般来讲，包装机械都位于整个生产流程的末端，它必须快速灵活地适应不同产品，不同包装规格的需求，并且在越来越短的产品生产周期内方便地进行设备调整，而数粒仪在其中发挥了很重要的作用。 在装袋机械中，除了对它的经济性(尽可能经济地装满一袋产品)有一定的要求外，还对它的调整性能提出了很高的要求，以便装袋机械可以快速完成新产品的包装，适应新包装材料和包装规格的要求，“装袋机械必须能对不同的散装物产品进行包装，这包括对会向外飞散的散装物产品、非常粘滞的以及粉尘般的散装物产品进行装袋。” 在工业企业生产中，小批量、多品种已成为发展趋势，对自动化装袋机械的基本要求是极短的设备调整时间，以此来提高生产效率。电子数粒仪的发展这也可以从包装机械演变过程中看出来。20年前，包装机械的研发设计中机械部件研发费用占全部的80%左右，控制软件的研发费用仅占全部研发费用的5%，而现在，软件和机械部分的比例各为40%，传感器采集各种各样的生产数据，向控制系统发送信息。大多数袋装机械可通过调用新的控制程序以适应新产品的包装，因为调用一个控制程序无需费时费力地调整设备，可以适应小批量多品种的需要。3 数粒仪的型号型号SLY-ASLY-BSLY-C功能区别专数水稻小麦（中粒），油菜，蔬菜，花卉，烟草（小粒）等中小粒种子 标准配置：主机一台，中小粒样品盘一只专数玉米，大豆，葵花子等大粒种子标准配置：主机一台，大粒样品盘一只大中小粒种子通用型标准配置：主机一台，大数粒盘一只，中小数粒盘一只1、 料旋钮 2、自校旋钮 3、数码管 4、电源开关 5、复零计数开关 6、预置拨盘 7、卸料盘旋钮 8、料盘 9、保险丝 10、盛料抽门 11、大颗粒出料口4 电子数粒仪工作原理为了保证生产的顺利进行，对电子数粒仪的要求也有很高的要求。其工作原理： 电磁振动盒使种子逐粒排队送料，落入光电转换槽后形成光电脉动，经放大整形倒相后送入计数电路，以LED数码管显示读数。预置用拔盘开关，当计数到预置数后，停止送料，停止记数。仪器设有自校频率，便于检查计数电路及预置的正确性。（1）电磁振动送料装置：种子放在料盘上，料槽成螺旋形。（2）在螺旋槽上升的种子，到达落料口落下，通过光电转换区投影到硅光电池上产生电流变化，经脉动放大整形后得到光电计数脉动，送入计数电路计数显示。（3）计数显示电路采用CC4518双BCD加计数器，并以CC4511（“HEF4511）BCD-7段锁存/译码/驱动器，译码后驱动共负极LED发光数码管显示，四位数的LED输入端串入限流电阻，使笔划亮度均匀。CC4518计数输入端有时钟端（CL），时钟允许端（EN）和复位端“R”，个位数时EN=“1”（高压平）计数脉动由“CL”输入，正跳变触发，后面三位均是CL=“0”（低电平）由EN输入，负跳变触发。（4）预置自停电路的控制信号由开关二极管，指轮拔盘开关与四输入端的与非门联接，当拔盘预置数与计数数字相符时，继电器吸合，从而切断计数输入，使计数输入端接地，停止送料，LED显示出预置数字。5 数粒仪的设计5.1 机械结构和工作原理 5.11 机械结构 精密种子数粒仪的结构如图所示。 图二 种子数粒仪的机械结构示意图1、投种器 2、爬行槽 3、清种口 4、调节螺母 5、底座 6、弹簧片 7、进出口 8、振荡钢片 9、排气口 10、投种口 (1)筛子。利用鱼鳞式漏筛，带有可调节控制拉杆，可根据不同种类的种子来调节 鱼鳞筛的筛孔大小比例。筛选出的杂质排出排种器，其余种子在振荡下，进入排种盘。(2)排种盘。排种盘在振荡器的振荡下，种子前移 ，每振荡一个周期，种子前移 1次 最后在爬行槽中单行爬行前进。(3) 振荡器。 采用 RC可调频率振荡器，通过改变电阻R的阻值，可以改变振荡器 的振荡频率。从而控制种子的下落速度。 (4) 鼓风机。鼓风机用来产生风力，使种子的漂浮力和种子 的重力保持平衡。风力 的大小可根据不同种类的种子，通过调节进风口的大小来实现。5.2 工作原理 将种子放入排种箱内，调节槽轮，控制种子落入筛子的数量 种子落入筛子后，在振荡器的振荡下，种子落入排种盘 ，杂质由清种器排出。种子进入排种盘后，在离心力和磨擦力的共同作用下，使种子沿排种盘的爬行槽螺旋上升，种子在爬行过程中自行排成一行。如有个别两粒或多粒交错在一起 ，当行进至调节板时，把多余的种子排出，只有一粒种子通过，从而完成了种子的单粒下落。5.3 电路设计与工作原理及主要技术参数 5.31 电路设计 电路部分由光电转换传感器 脉冲整形、计数译码驱动器及 7段码显示等组成，如图所示。5.4 工作原理 种子经排种盘单粒下落，设置在排种口附近的一对红外光敏对管传感器，在种子有规律地通过它时遮住红外光束，从而产生一系列的电脉冲信号。信号经比较器 LM324及SP8616整形后，送入由 CB40110组成的十进制自动计数器进行累加计数，计数结果由7段码组成的3。5显示器显示。累计999时，荡1000自行停止振荡 。按复位键清0。重新起动振荡器。5.5 主要技术参数 精密种子数粒仪的主要技术参数见表 数粒范围：中小样品颗粒：0.74mm0.712mm 大样品颗粒：310312 mm 计数精度：大中颗粒：2/1000 小颗粒： 4/1000计数速度：1000粒/3分钟（此参数是以2档较慢速度为标准计算的。如果要更快，可以调到3-7档）计数容量：五位199999 电源：220V 50HZ连续工作时间：5小时6 数粒仪性能的改进6.1 提高数粒精度在培育，选择优良品种过程中部要对种子进行评价，通常以千粒重衡量，这就需要先数l000粒种子，为了使评估可靠。一般要求数粒误差不大于4。对于脉冲计数电路来说，要达到这样的精度是不成问题的，数粒仪数粒误差一般能做到不大于4，但有时会大于4，特别是数稻谷时，数l0次，大约有12次数粒误差达56。经分析和测试，发现稻谷由于表面有一层毛，从落粒口下落时，速度较慢；另外稻谷的形状是扁长形，经过光源光路的时问有长、有短。一般情况下稻谷落下时切断光源后形成的脉冲，无干扰脉冲，但偶尔会在两个脉冲之间产生干扰脉冲，如图所示。如果在数粒过程中产生干扰脉冲，计数电路会如实将此干扰脉冲进行计数，于是出现误记的现象，使计数产生正偏差。数粒使产生的干扰脉冲为了消除由于干扰脉冲而引起的数粒误差，我们在脉冲成形电路增加了脉冲展宽电路，使计数脉冲展宽到超过干扰脉冲的宽度，这样就可以基本上避免干扰脉冲引起的计数正偏差。光电转换装置中光源的发射孔和光敏管的接收孔大小对数粒精度有一定影响。孔径大,数粒灵敏度低,可能产生漏计数,引起负偏差反之,孔径小,灵敏度高,容易引起计数正偏差。其次发射孔和接收孔的同心度对小颗粒种子的数粒精度影响较大，同心度差时,将使数粒灵敏度大大降低,导致数粒负偏差。在大量试验的基础上，我们首先确定发射和接收孔的直径,继而提高加工精度,确保两孔的同心度,从而使大,小颗粒种子的数粒精度都满足了要求。该仪器既能数稻,麦等大颗粒种子,也能数如油菜耔,芝麻等小颗粒种子关键是在落料口处设置了落粒卡,此落粒卡采用有机玻璃弯制而成,当有机玻璃厚度不均时,落粒卡的宽度便有宽有窄，从而使数粒精度下降。为此,我们严格控制加工落粒卡的有机玻璃厚度，保证数同一类种子的落粒卡具有相同的宽度，进一步提高了数粒的精度。6.2 改善稳定性和可靠性灵敏度较高的脉冲计数电路往往会产生计数乱跳现象,这是因为采用交流供电时,很容易受到电源开关时引起的电脉冲和某些电器产生的电火花的干扰,从而破坏了数粒仪的工作稳定性。解决的办法是在双十进计数器 (74LS390)的电源引脚加滤波电容。 消除电源干扰脉冲的电路 固态继电器另外，原数粒仪自停控制电路中采用机电式低压继电器作为电磁振动上料机构的控制元件。研制过程中发现这种继电器工作电流较大,有时会失控，即数粒计数到预置值时，不能立即切断电磁振动台的电源，这样就不能达到数1O00粒的目的。有时虽能准确切断电磁线圈的电源，但易产生干扰脉冲，使计数值产生正偏差。为了替代机电式继电器 ，我们选用近年来出现的一种新型继电器，固态继电器，由于这种固态继电器内部无机械触点,故开关速度快,工作稳定可靠，寿命长。采用固态继电器后完全克服上述失控和误计数的弊病。 数粒完毕后的数粒仪，料斗盘内总会有剩余的种子。如果让这些种子按数粒速度落粒，太费时间。若是将整个仪器反转180。将剩余的种子倒净，则需要在每次数粒后