基于DSP的色选机技术分析

2015-07-19安徽省电子产品监督检验所安徽合肥230061

中国新技术新产品 2015年3期

陈　杰（安徽省电子产品监督检验所，安徽合肥 230061）

基于DSP的色选机技术分析

陈杰
（安徽省电子产品监督检验所，安徽合肥 230061）

色选机是现代化农业分选粮食产品的重要设备，如大米长时间的储藏易出现杂质、霉变、黄变等异色米粒，在很大程度上影响大米的商业价值和品质。利用基于DSP的色选机技术将大米生产加工中的小杂质和异色米快速剔除，从而提高大米品质。基于DSP的色选机技术可有效提高了粮食分选的精度和效率，因此被广泛应用在大米、花生、瓜子、黄豆等粮食的选别工艺中。

DSP；色选机技术；色选机的电气组成

随着现代化科学技术的发展，基于DSP的色选机技术以图像处理技术和光电技术为基础，利用前端采集器件CCD采集粮食物体的相关信息，并且经过图像识别算法进行处理，获取粮食物体的鉴别信息，准确分析粮食物体的品质。

一﹑色选机技术概述

1 色选机的工作原理

通过在色选机控制系统界面上设置相应参数，将目标物料倒入料斗中，在电磁送料器规律振动下，目标物料逐渐进入滑槽中，再经过光电检测系统时目标物料自由下落，在这个过程中由CCD采集图像信息，经过图像识别算法进行处理，将疵品特征信息传送到色选机控制面板，快速打开喷射气阀将疵品物料吹出，合格物料按原路径自由滑落，从而实现对目标物料的色选。

2 色选机的电气组成

色选机主要由主控面板﹑显示界面﹑分选控制面板﹑视觉检测处理系统以及供料系统组成。

（1）主控面板和显示界面

色选机主控面板主要实现和显示界面之间的信息通信，根据不同物料每次的检测结构，在显示界面设置相应参数，并传送到视觉检测系统，确保色选机处于最佳的检测状态，便于用户监控和管理。

（2）供料系统

色选机供料系统主要包括滑道﹑电磁送料器﹑物料料斗等。色选机内部存在多个滑道，每条滑道设置30个滑槽，滑道长1.5m，滑槽宽5mm，滑槽位置与水平地面保持一定角度。电磁送料器主要是使目标物料形成有序的粮食流，使每颗粮食分开，便于检测。料斗是色选机上放置物料的工具。

（3）视觉检测处理系统

色选机视觉检测处理系统包括基于DSP色选模块﹑图像预处理模块﹑信号处理模块﹑线阵CCD采集模块和光学成像模块。当目标物料经过光学成像模块时，CCD快速采集物料图像信息，并将图像信息传送到信号处理模块，处理完成后送入FPGA图像预处理模块，接着将图像信号发送到DSP色选模块判断和是被异色粒，根据异色粒的位置信息，由分选控制面孔快速打开气阀将疵品弹出。

（4）分选控制面板

分选控制面板的主要作用是控制喷射气阀开关，分选控制面板接收视觉检测处理系统发送的不合格米粒的位置信息，其可快速打开对应位置的喷射气阀，将疵品吹入料槽中。

二﹑基于DSP的色选算法

1 目标物与背景分离

由于不同时刻色选机视觉检测处理系统的背景灰度值不同，通过多次采样，得到背景灰度平均值：

B是背景灰度值平均值，Bi（-K）表示在t时刻i处像素的背景灰度值，-K表示初始化时间，N表示采样次数。

根据背景灰度平均值，假设前一个采集的像素点Bi（t-1）是背景点，由公式Ai（t）-Bi（t-1） ≤ε×Bi（t-1），其中ε是根据色选机的实际情况选取的常数，判断Ai（t）为物料点。

2 异色粒检测

根据“3σ”法思想合理确定阈值上限AH和下限AL，由公式：AL=Ga-3σ，AH= Ga+3σ，其中Ga是比较样值，N为灰度值取样个数，Ai表示采集的灰度值，

三﹑基于DSP的色选机设计

1 基于DSP 的JTAG电路设计

基于DSP 的JTAG电路设计主要复杂色选机在线测试和仿真，便于程序调试。连接DSP和JTAG电路之间的7个引脚：EMU[0，1]是两个仿真管脚﹑测试测试复位引脚DSP-NTRST﹑测试选择引脚DSP-TMS﹑测试数据输入和输出引脚DSP-TDI﹑DSP-TDO﹑测试时钟引脚DSP-TCK。在设计基于DSP的JTAG电路时，EMU0和EMU1应外拉电阻。

2 基于DSP 的时钟和复位电路设计

基于DSP色选机利用TMS320DM642芯片，该芯片内部包含CLKIN外部时钟，将50M有源晶振和CLKIN引脚连接，为外部储存器EMIF接口输送时钟信号，并且在ECLKIN引脚也外接50M有缘晶振，RESET复位键连接系统复位信号。

3 DSP自引导

DSP自引导启动是DSP复位或者上电后，利用外部设备加载用户程序存储到DSP芯片，DSP完成仿真后自动脱离仿真环境，快速适应应用环境。DSP自引导电路设计利用EMIF自引导方式，其使用FLASH作为自引导电路的外部存储器，掉电后数据信息不会丢失，使用DSP和FPGA共同配置方式，简化硬件电路设计的复杂性，在FLASH保存FPGA配置信息。

4 SDRAM和DSP连接

在DSP 电路外部扩展动态同步存储器SDRAM芯片，扩大数据存储量，这种芯片容量大﹑体积小﹑支持同步访问。SDRAM数据宽度是32位，存储量是12M，工作电压3.3V，由EMIF读取SDRAM芯片数据，将DSP的AECLKOUT1引脚和DSP连接，使EMIF输入时钟频率和系统时钟频率相等，将DSP的CE1引脚和CS选通信号引脚相连，将图像采集信号存入对应的存储空间，在时钟使能CKE引脚连接上拉电阻，设置为高电平。