基于DSP的色選機技術分析

陳　杰（安徽省電子產品監督檢驗所，安徽 合肥 230061）

基于DSP的色選機技術分析

陳杰
（安徽省電子產品監督檢驗所，安徽 合肥 230061）

色選機是現代化農業分選糧食產品的重要設備，如大米長時間的儲藏易出現雜質、霉變、黃變等異色米粒，在很大程度上影響大米的商業價值和品質。利用基于DSP的色選機技術將大米生產加工中的小雜質和異色米快速剔除，從而提高大米品質。基于DSP的色選機技術可有效提高了糧食分選的精度和效率，因此被廣泛應用在大米、花生、瓜子、黃豆等糧食的選別工藝中。

DSP；色選機技術；色選機的電氣組成

隨著現代化科學技術的發展，基于DSP的色選機技術以圖像處理技術和光電技術為基礎，利用前端采集器件CCD采集糧食物體的相關信息，并且經過圖像識別算法進行處理，獲取糧食物體的鑒別信息，準確分析糧食物體的品質。

一﹑色選機技術概述

1 色選機的工作原理

通過在色選機控制系統界面上設置相應參數，將目標物料倒入料斗中，在電磁送料器規律振動下，目標物料逐漸進入滑槽中，再經過光電檢測系統時目標物料自由下落，在這個過程中由CCD采集圖像信息，經過圖像識別算法進行處理，將疵品特征信息傳送到色選機控制面板，快速打開噴射氣閥將疵品物料吹出，合格物料按原路徑自由滑落，從而實現對目標物料的色選。

2 色選機的電氣組成

色選機主要由主控面板﹑顯示界面﹑分選控制面板﹑視覺檢測處理系統以及供料系統組成。

（1）主控面板和顯示界面

色選機主控面板主要實現和顯示界面之間的信息通信，根據不同物料每次的檢測結構，在顯示界面設置相應參數，并傳送到視覺檢測系統，確保色選機處于最佳的檢測狀態，便于用戶監控和管理。

（2）供料系統

色選機供料系統主要包括滑道﹑電磁送料器﹑物料料斗等。色選機內部存在多個滑道，每條滑道設置30個滑槽，滑道長1.5m，滑槽寬5mm，滑槽位置與水平地面保持一定角度。電磁送料器主要是使目標物料形成有序的糧食流，使每顆糧食分開，便于檢測。料斗是色選機上放置物料的工具。

（3）視覺檢測處理系統

色選機視覺檢測處理系統包括基于DSP色選模塊﹑圖像預處理模塊﹑信號處理模塊﹑線陣CCD采集模塊和光學成像模塊。當目標物料經過光學成像模塊時，CCD快速采集物料圖像信息，并將圖像信息傳送到信號處理模塊，處理完成后送入FPGA圖像預處理模塊，接著將圖像信號發送到DSP色選模塊判斷和是被異色粒，根據異色粒的位置信息，由分選控制面孔快速打開氣閥將疵品彈出。

（4）分選控制面板

分選控制面板的主要作用是控制噴射氣閥開關，分選控制面板接收視覺檢測處理系統發送的不合格米粒的位置信息，其可快速打開對應位置的噴射氣閥，將疵品吹入料槽中。

二﹑基于DSP的色選算法

1 目標物與背景分離

由于不同時刻色選機視覺檢測處理系統的背景灰度值不同，通過多次采樣，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時刻i處像素的背景灰度值，-K表示初始化時間，N表示采樣次數。

根據背景灰度平均值，假設前一個采集的像素點Bi（t-1）是背景點，由公式Ai（t）-Bi（t-1） ≤ε×Bi（t-1），其中ε是根據色選機的實際情況選取的常數，判斷Ai（t）為物料點。

2 異色粒檢測

根據“3σ”法思想合理確定閾值上限AH和下限AL，由公式：AL=Ga-3σ，AH= Ga+3σ，其中Ga是比較樣值，N為灰度值取樣個數，Ai表示采集的灰度值，

三﹑基于DSP的色選機設計

1 基于DSP 的JTAG電路設計

基于DSP 的JTAG電路設計主要復雜色選機在線測試和仿真，便于程序調試。連接DSP和JTAG電路之間的7個引腳：EMU[0，1]是兩個仿真管腳﹑測試測試復位引腳DSP-NTRST﹑測試選擇引腳DSP-TMS﹑測試數據輸入和輸出引腳DSP-TDI﹑DSP-TDO﹑測試時鐘引腳DSP-TCK。在設計基于DSP的JTAG電路時，EMU0和EMU1應外拉電阻。

2 基于DSP 的時鐘和復位電路設計

基于DSP色選機利用TMS320DM642芯片，該芯片內部包含CLKIN外部時鐘，將50M有源晶振和CLKIN引腳連接，為外部儲存器EMIF接口輸送時鐘信號，并且在ECLKIN引腳也外接50M有緣晶振，RESET復位鍵連接系統復位信號。

3 DSP自引導

DSP自引導啟動是DSP復位或者上電后，利用外部設備加載用戶程序存儲到DSP芯片，DSP完成仿真后自動脫離仿真環境，快速適應應用環境。DSP自引導電路設計利用EMIF自引導方式，其使用FLASH作為自引導電路的外部存儲器，掉電后數據信息不會丟失，使用DSP和FPGA共同配置方式，簡化硬件電路設計的復雜性，在FLASH保存FPGA配置信息。

4 SDRAM和DSP連接

在DSP 電路外部擴展動態同步存儲器SDRAM芯片，擴大數據存儲量，這種芯片容量大﹑體積小﹑支持同步訪問。SDRAM數據寬度是32位，存儲量是12M，工作電壓3.3V，由EMIF讀取SDRAM芯片數據，將DSP的AECLKOUT1引腳和DSP連接，使EMIF輸入時鐘頻率和系統時鐘頻率相等，將DSP的CE1引腳和CS選通信號引腳相連，將圖像采集信號存入對應的存儲空間，在時鐘使能CKE引腳連接上拉電阻，設置為高電平。

結語

集成電路技術的快速發展，推動了基于DSP色選機技術的飛速發展，特別是現場可編程門列陣FPGA技術在DSP色選機控制電路中的應用，有效提高了色選機的分選效果和實時性。

[1]魏禮俊．基于DSP的大米色選機的研制（信號與處理部分）[D]．合肥工業大學，2005．

TP391

A

陳杰（1963-8），男，安徽合肥人，學歷：大專，工作單位：安徽省電子產品監督檢驗所，工程師，研究方向：檢測