本水果智能分揀系統(tǒng),通過顏色傳感器對水果進(jìn)行參數(shù)的采集再發(fā)送給PLC,PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后控制分揀系統(tǒng)進(jìn)行工作,PLC處理好的工作數(shù)據(jù)再經(jīng)RS-485 MODBUS協(xié)議和STM32F4進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。然后STM32F4進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算打包通過ESP8266模塊發(fā)送至機(jī)智云iot開發(fā)平臺的服務(wù)器,機(jī)智云iot開發(fā)平臺的服務(wù)器發(fā)送信息至用戶端APP,實(shí)現(xiàn)隨時(shí)查看并調(diào)整PLC工作狀態(tài),能有效提高水果智能分揀效率。

1、基于PLC水果智能分揀系統(tǒng)發(fā)展概況與趨勢

在水果商品化的生產(chǎn)過程中,水果智能分揀系統(tǒng)的作用非常明顯,它承擔(dān)著批量篩選水果的外觀質(zhì)量以提高品質(zhì)的內(nèi)在性能,穩(wěn)定水果批次質(zhì)量的重要任務(wù)。對提高我國果農(nóng)的收入的檔次和提高銷售收入是非常關(guān)鍵的,特別是智能的篩選、分級技術(shù)的大量采用。這對水果智能分揀系統(tǒng)提出了更高的要求,同時(shí)也擴(kuò)大了水果智能分揀系統(tǒng)的市場需求。因此國內(nèi)外很多大的機(jī)械機(jī)構(gòu)生產(chǎn)廠家都對基于PLC水果智能分揀系統(tǒng)的生產(chǎn)研發(fā)給予了高度的重視。自動化程度高、生產(chǎn)效率高、維護(hù)成本低的水果智能分揀系統(tǒng)產(chǎn)品不斷出現(xiàn),發(fā)展迅猛�，F(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動了各行各業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。

從上世紀(jì)五、六十年代開始,國內(nèi)還沒有出現(xiàn)自動化的水果智能分揀機(jī),要想將水果分級出售是一件難以想象的事。因?yàn)樗�果的篩選只能通過人工挑選,效率低且選出的品質(zhì)不穩(wěn)定。

在近十年,隨著電子、微機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及,水果智能分揀機(jī)得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)的水果自動分揀機(jī)的技術(shù)水平與國外的相比差距較大,特別是產(chǎn)品的自主開發(fā)能力受到工業(yè)制造和其他零部件制造能力不足的制約,很難與國外先進(jìn)廠家進(jìn)行抗衡,因此在很大程度上限制了我國水果智能分揀系統(tǒng)的發(fā)展。因此,本隊(duì)基于三菱PLC的水果智能分揀系統(tǒng)用現(xiàn)代的微處理器技術(shù),一種應(yīng)用STM32單片機(jī)結(jié)合三菱PLC控制的水果智能分揀系統(tǒng),通過單片機(jī)上傳分揀信息至機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺,通過機(jī)智云將信息回傳至APP設(shè)備端,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài),確保水果自動分揀機(jī)運(yùn)行效率。

2、水果智能分揀系統(tǒng)的組成

在水果智能分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)果農(nóng)的種植種類,進(jìn)行設(shè)定合適的各類參數(shù),才能保證正確選擇水果智能分揀系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。確保系統(tǒng)的分揀結(jié)果是我們果農(nóng)想要的分揀結(jié)果以及實(shí)現(xiàn)利潤最大化。

計(jì)算水果智能分揀系統(tǒng)參數(shù)是一項(xiàng)必要的工作,通過果農(nóng)提出分揀水果的直徑的大小,其通過調(diào)整分揀滾軸的距離,使產(chǎn)生的分揀結(jié)果大致與果農(nóng)提出的要求符合。分揀水果之前我們先將水果通過顏色傳感器篩選出兩個(gè)或以上的通道,這一步是以水果的色澤為主要判斷依據(jù)。假如水果的色澤要求很高我們將會預(yù)留一條通道作為不合格水果的剔除通道。

在上料時(shí),我們將會通過進(jìn)料斗的設(shè)計(jì)來使水果盡可能的逐個(gè)進(jìn)入分揀系統(tǒng)。本水果智能分揀系統(tǒng)由三菱FX3U系列PLC、STM32F4處理器、傳送帶、RS485通信模塊、顏色傳感器、分通道機(jī)構(gòu)和壓力傳感器組成。

3、水果智能分揀系統(tǒng)的運(yùn)作原理

3.1 首先我們先將大小、色澤不一樣的水果放入進(jìn)料斗,通過帶有擋板的傳送帶將水果逐個(gè)按順序送進(jìn)水果智能分揀系統(tǒng)。

3.2 在水果處于傳送帶的后端間隔時(shí),通過安裝在傳送帶后端上方的白色光源對在傳送帶上待檢測的水果進(jìn)行白光照射,然后顏色傳感器通過分析水果表面反射的光線來分析水果的色澤。顏色傳感器將對水果的分析結(jié)果傳輸給下一個(gè)環(huán)節(jié)的電機(jī)。

3.3 安裝在傳送帶后方的分揀機(jī)構(gòu),通過接收顏色傳感器發(fā)送的信號來判斷水果的對應(yīng)通道。再通過顏色傳感器傳來的信號驅(qū)動電機(jī)將不同品質(zhì)的水果隔離開不同的通道,讓水果到下一步的大小分揀機(jī)構(gòu)。

3.4 再通過水果色澤的分揀之后,水果就會到分揀大小的機(jī)構(gòu)。通過兩根有夾角的輥軸形成的大小分揀機(jī)構(gòu)。通過果農(nóng)要求的大小分級來調(diào)整輥軸的夾角使分揀直徑符合其要求。通過輥軸的間隔進(jìn)行一個(gè)大小分揀,不同的輥軸之間夾角可以使分揀的水果按照不同的大小要求掉落到相應(yīng)的區(qū)間。

3.5 水果通過顏色傳感器分通道之后,再通過輥軸機(jī)構(gòu)分出大小不同的水果之后,然后滾落到分隔工作臺通過工作臺下面的壓力傳感器測量出分揀完成之后的最后重量。

4、顏色傳感器原理

TCS230采用在單一芯片上集成有64個(gè)光電二極管。其中16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器(所謂紅色濾波器就是只有紅光能通過其余顏色光線都不能通過);16個(gè)帶有綠色濾波器的光電二極管(所謂綠色濾波器就是只有綠色光能通過其余顏色光線都不能通過);16個(gè)帶有藍(lán)色濾波器的光電二極管(所謂綠色濾波器就是只有藍(lán)光能通過其余顏色光線都不能通過);其余16個(gè)不帶有任何顏色的濾波器,可以透過全部的光信息。將顏色傳感器的芯片部分加裝廣角鏡頭,可以使得將反射的光線盡可能的傳送到芯片,使得測量到的數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際的值。

5、通信設(shè)計(jì)框架

本設(shè)計(jì)中,PLC的主要功能是通過總線控制多臺電動機(jī)的傳動和參數(shù)的采集發(fā)送給STM32F4單片機(jī)。PLC與STM32F4單片機(jī)通過RS-485采用MODBUS協(xié)議通訊進(jìn)行通信。然后STM32F4單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算打包通過ESP8266模塊發(fā)送至機(jī)智云服務(wù)器�？蚣芙Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

6、基于STM32F4+ESP8266互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)

STM32F4是由意法半導(dǎo)體推出的高性能MCU,連接PLC和上傳數(shù)據(jù)至云端服務(wù)器是完全能夠勝任的,并且在實(shí)現(xiàn)基本通信功能的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行進(jìn)一步的算法優(yōu)化和整合更加符合整個(gè)需求,輔助完成PLC不能完全勝任的浮點(diǎn)型運(yùn)算。

ATK-ESP8266是一款高性能的WIFI模塊,ATK-ESP8266板載ESP8266模塊。能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WIFI之間的轉(zhuǎn)換。通過ATK-ESP8266模塊,傳統(tǒng)的串口設(shè)備只是需要簡單的串口配置,即可通過網(wǎng)絡(luò)(WIFI)傳輸自己的數(shù)據(jù)。ATK-ESP8266硬件連接如圖2所示。

 

7、STM32F4程序設(shè)計(jì)

通過Keil 5-MDK軟件對STMF4單片機(jī)進(jìn)行開發(fā),軟件程序框架內(nèi)容如圖3所示。

 

在基礎(chǔ)驅(qū)動層增加了所需要的驅(qū)動,如下:

hal_lcd.c LCD屏幕驅(qū)動

hal_lcd.h LCD屏幕驅(qū)動頭文件

hal_led.c LED驅(qū)動

hal_led.h LED驅(qū)動頭文件

hal_rs485.c rs485端口驅(qū)動(附加MODBUS通信協(xié)議)

hal_rs485.h rs485端口驅(qū)動頭文件

機(jī)智云協(xié)議層,通信協(xié)議和用戶事件處理詳解,如圖4所示。

 

8、基于Android  Studio開發(fā)APP

機(jī)智云iot開發(fā)平臺提供了相對較為完善的APP源文件,在源文件的基礎(chǔ)上通過Android Studio進(jìn)行開發(fā)整合添加和修改所需的功能和要求。大致開發(fā)框架如圖5所示。

 

至此,一個(gè)完整的具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制的水果智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。一旦設(shè)備運(yùn)行,即可將分揀狀態(tài)通過機(jī)智云iot開發(fā)平臺傳送到APP上,操作員可在APP上獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài),上云后,設(shè)備如發(fā)生異常,操作員將實(shí)時(shí)收到提醒,有助于第一時(shí)間將設(shè)備恢復(fù)正常。因此,智能分揀將減少人工,提高分揀效率。

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