粮食检查论文：粮食杂质检查机制的评述

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本文作者：张恕远陈廷成工作单位：西华大学

系统的组成及工作原理该系统主要由小样分检系统、近红外检测系统、称重系统、配气系统及检测系统组成，如图1所示。粮食小样通过导向管流向分检盘，在分检盘的外圆周围均匀分布着60个存粒穴，每个存粒穴通过配气沟与真空泵相连，当小样颗粒注入存粒穴时，由于负压作用使每个存粒穴中存入一粒小样，从而将小样颗粒分检成单粒态，这样可保证被测物能一个不漏地被检测。在分检盘的顶端A处安装一近红外光源发射头和光源接收头，分检盘沿顺时针方向在步进电机带动下步进回转，当小样颗粒步进到光源发射头和光源接收头之间的间隙A处时，单片机控制系统对光源接收头接收到的光谱信号进行采样和判别，如属正常光谱，则小样颗粒继续在负压下顺时针转到图中C位，在C位分检盘的存粒穴开始与真空配气阀脱离，粒料在脱粒刷的作用下自动落入收料箱中;如果光谱为非正常光谱，则判定为杂质，在分检盘顺时针旋转至距离顶端42°的方向上设置一个高压配气阀，当杂质转到42°时通过单片机控制系统打开高压配气阀，此时压缩空气将杂质射出，并由杂物回收箱收集。杂质排出后，断开压缩空气，当分检盘在连续回转中无杂质时，正常颗粒也会通过42°无负压区B，但粒料在42°处时由于重力原因不会自动脱离穴位，粒料通过42°位后，进入负压区则不会掉落，只有当进入C区时才会脱落。

自动分检控制系统设计根据以上工作原理设计出基于单片机的自动分检控制系统(如图2所示)，该系统主要由单片机系统、近红外光谱检测系统、分检盘步进电机驱动系统、电子秤称重系统、压缩空气控制系统以及键盘、显示器和打印机等部分组成。设计单片机系统时，在对目前通用和流行的单片机芯片进行了大量的比较和论证的基础上选择Cygnal公司的C8051F020单片机，它具有和51系列单片机完全兼容的指令系统，同时它的体积小、功耗低、速度快且自身集成了64kFLASH，4kRAM，8CH12位A/D以及Watchdog等，具有片内JTAG测试电路，可进行全速在线调试。由单片机控制的步进电机带动分检盘顺时针步进回转，使小样颗粒按照光谱仪检测要求有节奏地通过红外光源发射头与光源接收头之间的间隙，近红外光谱仪通过检测颗粒的近红外光谱的变化，并将检测的光谱数据经RS232串行接口传递到单片机，单片机通过数据分析、比较，从而分辩出当前的小样颗粒为粮食或杂质。若为杂质，单片机控制步进机在分检口B处作慢速步进，并通过控制电磁铁换向阀接通压缩空气将杂质射入杂质导向管;否则，步进电机均匀运动使粮食颗粒在脱离穴位C处送入收料箱中，从而将颗粒中杂质分检开来。杂质进入杂质收集箱，电子秤称出杂质质量，并将量值通过RS232串口送入单片机系统分析处理，其结果通过LCD显示并通过报表打印机打印，以提供给用户。同时，单片机系统能对空气压缩机、真空泵进行启停控制，并通过压力传感器检测空气压缩机和真空泵压力。

从计算机应用角度出发，该控制系统为一数据采集及控制系统。输入信号有:模拟信号输入(如压力传感器)，数据量输入(如光谱仪和电子秤的串行数据输入);输出信号有:数字量输出DO(如步进电机、压缩机等)。为便于开发调试，软件采用模块化设计思路，对于不同硬件模块，有相应的软件子程序与之对应，主要包括:步进电机驱动，近红外光谱仪数据采集，电子秤数据采集，压缩机及近红外光源控制，数据分析和处理液晶显示，键盘，打印等。在软件编制时应注意:1)近红外技术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行的测定，所以该技术的关键是在粮食小样和近红外光谱之间建立一种关系。其基本流程包括:首先收集具有代表性的样品(其组成及其变化范围接近于要分析的样品)，然后采集样品的光学数据。由于小样杂质检测只需要将杂质从样品中分离出来，不需要定量分析，因此，直接将样品的光学数据作为检测的标准值，不需要对小样成分作定量分析;在分析未知样品时，先对待测样品进行扫描，根据扫描光谱值同标准值进行成分含量比较，从而可将小样中的杂质分离出来。由于定标的好坏直接关系到杂质识别的准确性，因此，定标软件是检测系统软件设计的核心。2)近红外光谱仪对小样颗粒的检测时间约为100ms，因此需使小样颗粒慢速通过红外光源发射头与光源接收头之间A处的间隙。但为了提高分检效率，分检盘的速度又不能太慢，所以，分检盘应实现变速回转，即当小样颗粒通过红外光源发射头与光源接收头之间A处的间隙时，转盘转速变慢，降到大约1r/min，其余时间转盘转速为10r/min。同时，也保证了当小样颗粒慢速通过顶端检测位置A处时，刚好有一已检颗粒慢速通过杂质分检位B，若该颗粒为杂质，单片机控制系统有足够的时间去控制换向阀换向，接通压缩空气将杂质分检出来。这样回转盘在回转中速度是“快—慢”交替回转，从而即满足了杂质检测、分检慢的要求，也满足了高的检测效率。

由于粮食颗粒的产地与所含水份的不同，其近红外光谱的波长范围也有一定的差别，为了提高检测的准确性，在对同一批粮食颗粒检测之前，需进行少量粮食样品的学习，存储本批粮食的近红外光谱的波长范围，并在检测过程中不断修正系统数据，为提高小样检测的准确性打下基础。该检测装置检测速度快，可靠性高，检测误差小，误差范围小于0．3%，本装置适用于不同品种的稻谷、小麦、玉米、大豆4种原粮中杂质的选取。