基于DSP的多通道PVDF压电薄膜谷物损失传感器信号处理系统研究

发布时间：2020-06-11 04:54

【摘要】：谷物损失传感器是优化联合收割机作业参数、减少收获损失、实现精细化、智能化收获作业的关键技术之一。针对目前联合收割机收获损失检测偏向利用多通道谷物损失传感器获取谷物损失量信息的需求,本文以多通道PVDF压电薄膜谷物损失传感器为感测对象,以DSP为核心处理器,研制了一套12通道PVDF压电薄膜谷物损失传感器信号处理系统,提出了从传感器的感测信号中对与传感器发生碰撞作用的实物粒子进行识别的方法,并在实验室完成了对信号处理系统的性能测试。本研究的主要内容及结论如下:(1)基于谷物损失实验台进行了谷物碰撞实验,分析了空载状态下PVDF压电薄膜谷物损失传感器的输出零点信号、谷物碰撞作用下的响应信号幅值及收敛时间参数的特征;根据多通道谷物损失传感器信号处理系统的功能需求,构建了系统的总体研究方案;(2)分析了多通道PVDF压电薄膜谷物传感器信号处理系统的信号链路所需要的硬件平台,并根据系统的硬件架构完成了各功能模块的硬件设计,主要包括信号调理模块、基于TI公司TMS320F28335的DSP核心处理器模块、A/D转换模块、CAN通讯接口电路及电源电路,其中信号调理模块利用电路仿真分析的方法实现对关键元件的选型,并实现了对各功能模块电路板的设计与制作;(3)基于CCS 6.1.3集成开发环境对系统软件功能进行开发,具体包括A/D转换模块的多通道数据同步采样程序、算术平均值滤波算法、基于大数判决与时间窗的碰撞粒子识别与计数算法、DSP片上eCAN模块的底层驱动程序及基于CAN总线协议的通讯服务程序;(4)基于信号处理系统硬件平台对信号调理模块、A/D转换模块、数字滤波算法、CAN总线通讯模块的性能进行了独立测试,测试结果验证了各功能模块的设计能够满足信号处理系统的实际功能需求;(5)分析了影响信号处理系统检测性能的主要因素,利用二次回归正交旋转组合设计方法,得到在阈值电压Y_T为0.7 V、时间窗W为5.5 ms的边界条件设置下,信号处理系统对碰撞粒子的检测性能较为理想;在此边界条件设置下,信号处理系统对与PVDF压电薄膜传感器单一通道实际发生碰撞作用的ABS小球的检测误差范围为-5.0%~6.0%,平均绝对误差3.8%;信号处理系统对与6通道PVDF压电薄膜传感器实际发生碰撞作用的ABS小球的检测误差范围为-3.3%~6.3%,平均绝对误差为3.2%。
【图文】：

产量分布图,体系,作物生产管理,信息采集与处理

景及意义 80 年代初，以信息技术为基础，融合农业工程装备技术、生物技术等业综合管理系统--精细农业[1]，开始在国际农业领域兴起。精细农业的器获取作物的生长环境和产量的时空分布信息，根据各因素及因素间的物状态的生产投入及时按需调控，提高作物产量，实现资源配置最优的一种农业管理策略[2]。我国虽然是农业大国，但农业基础薄弱。随着以及农业人口流失情况日益加剧，，利用信息技术及智能管理系统实现农化、精准化，提高土地产出率、资源利用率与劳动生产率将成为我国农内容之一[3]。位系统、地理信息系统、遥感技术、作物生产管理智能化辅助决策支量计量与产量分布图生成技术、农田信息采集与处理技术、智能化处方成技术、计算机自动控制技术构成了精细农业的技术体系，如图 1.1 所

全喂入,作业流程图,联合收割机

图 1.2 全喂入型联合收割机作业流程图Figure 1.2 Workflow flow Chart of fully fed combine harvester外相关机构及学者对此积极开展了大量的理论研究与生产实践。家自上世纪 60 年代就开始了对谷物损失检测技术的研究，并对不同的极探索。加拿大学者 Strelioff 等（1977）[14]，德国学者 Guitersloh 等（者 Barry 等（2014）[16]均利用声波识别原理提出一种用于谷物损失检测发声板和声波拾取部件共同作为冲击声波的感测装置，此种检测方式的
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S225

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