机采籽棉残膜识别分离软件系统设计

机采籽棉残膜识别分离软件系统设计
王锦亚;沈鹭翔;谢铁文;季琰;陈灵佳;刘英;倪超
【摘要】自20世纪80年代以来,地膜覆盖技术开始被广泛应用于各类农作物的种植及栽培过程中.以棉花种植为主要农作物的新疆地区也在大规模地使用地膜覆盖技术.但是采用这种特殊的种植栽培方式后,机器在采摘棉花的过程中容易掺入残留地膜杂质,使得籽棉的纯净率严重降低,因此一种机采籽棉残膜分离机应运而生.本设计为一种机采籽棉残膜识别分离的软件系统,该软件系统极大程度地方便了使用者对分离机分离过程的实时监控与检测,软件系统设置有运输系统、图像处理、辨识系统以及工作日志四大基本信息采集记录模块,并且对应模块皆设置有相应参数的修改调整功能,便于使用.该软件系统具有十分广阔的发展和应用前景,在一定程度上减轻了人工分拣的劳动强度,并有效地提高了籽棉残膜的分离效率和质量.
【期刊名称】《林业机械与木工设备》
【年(卷),期】2019(047)004
【总页数】4页(P21-24)
【关键词】机采籽棉;分离机;残膜识别分离;软件系统设计
【作者】王锦亚;沈鹭翔;谢铁文;季琰;陈灵佳;刘英;倪超
【作者单位】南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037
【正文语种】中文
【中图分类】S776;TP311
中国是世界上的棉花生产大国，自20世纪90年代以来，机采棉技术在新疆产棉
区得到了广泛的应用。

新疆棉花主要采用膜下滴灌种植的模式，而这种特殊的地膜栽培模式[1-2]极易导致机器在采摘过程中混入地膜等异性纤维，这是导致机采籽
棉异性纤维含量超标(吨含量要求≤3 g)、质量等级下降、机采棉滞销的主要因素之一。

因此，随着机采面积的逐年增加，急需用于籽棉阶段的残膜清理设备。

石河子大学机械电气工程学院从2005年开始针对籽棉和残膜分离问题进行了研究，2011年成功研制出了6MCF-10型机采籽棉残膜分离机组[3-5]，并有效地解决了籽棉和残膜的机械化分离问题。

但是，由于机采籽棉分离机上分离室的封闭性与不透光性，技术人员很难对机采籽棉分离机内部的分离过程进行观察与检测调整，从而很难掌握其工作运转的动态过程，也就不能及时地发现并解决在分离过程中出现的一些故障和问题。

为此，本文将介绍一种利用Visual Studio 2017开发环境，通过C++、C#和Halcon混合编程设计的机采籽棉残膜识别分离软件系统。

通过该软件系统，技术人员可以对机采籽棉残膜分离机分离室内部的工作运转情况进行实时的监测与调整。

1 机采籽棉残膜分离机基本结构及工作原理
机采籽棉残膜分离机主要由籽棉入口、分离室、大网状滚筒、小网状滚筒、残膜出口、机架、三相异步电动机、闭风器和籽棉出口九部分组成[6]，机采籽棉残膜识
别分离机基本结构如图1所示。

图1 机采籽棉残膜分离机基本结构1.残膜出口；2.分离室；3.小网状滚筒；4.大网状滚筒；5.籽棉入口；6.机架；7.三相异步电动机；8.闭风器；9.籽棉出口
籽棉和残膜共同进入籽棉入口，冲向大网状滚筒，由于籽棉和残膜物理特性的差异，团状籽棉在大滚筒离心力作用下将克服风力而落入籽棉出口，而残膜在风力的作用下将沿气流的轨迹从大网状滚筒运动到小网状滚筒，然后随着风力从残膜出口飞出。

因风力作为主要的动力来源，需要保证整个装置的密闭性，致使内部的部件工作状态无法直接观察，因此设计机采籽棉残膜识别分离软件系统对关键参数进行监控是必要的。

2 机采籽棉残膜识别分离软件系统的设计
2.1 软件系统总体功能
机采籽棉残膜识别分离软件系统的主要功能包括：①当前工作状态访问；②运输系统实时参数反馈及相应参数设置修改；③籽棉残膜图像采集处理；④图像处理相关参数设置修订；⑤残膜反馈辨识；⑥系统工作日志更新备份。

机采籽棉残膜识别分离软件系统功能示意图如图2所示。

图2 机采籽棉残膜识别分离软件系统功能示意图
2.2 软件系统各部分具体功能
2.2.1 机采籽棉残膜识别分离软件系统实时工作状态
系统工作状态界面如图3所示，该系统的登录界面上设置“工作状态”按钮，用
户点击按钮后，系统便会将当前分离机的工作状态显示在界面上。

随后，用户便可根据分离机的工作状态选择身份登录或进行机组的开启与维修工作，在一定程度上减轻了人为排查故障的工作量，提高了工作效率。

2.2.2 机采籽棉残膜识别分离软件系统功能选择主界面
在用户选择身份登录后，为了进一步方便用户对分离室内工作情况的监督检查，该系统在主界面上设置有“运输系统”、“图像处理”、“辨识系统”、“工作日志”四个选项卡，主界面如图4所示。

图3 系统工作状态界面
图4 系统功能选择主界面
2.2.3 机采籽棉残膜识别分离软件系统的运输系统及参数检测与修改
本软件系统中的运输系统模块如图5所示，具体包括籽棉送料运输带的连续工作时间与轮毂磨损情况这两项参数。

用户通过监测这两项参数，便可具体掌握运输带的送料量以及轮毂的磨损情况是否达到更换维修的程度，操作简便可靠。

图5 运输系统模块参数
当用户需要进一步了解分离室内的空气湿度与温度情况可点击“参数检测与修改”按钮，与此同时，用户还可根据了解到的送料量与轮毂磨损情况对主动轮的转速进行重新设置调整，运输系统参数检测与修改如图6所示。

图6 运输系统参数检测与修改
2.2.4 机采籽棉残膜识别分离软件系统图像处理模块
由于分离室的封闭特性，工作人员很难在分离过程中监测到分离室内部的运转工作情况。

为此，本系统设置了图像处理模块，在相应的模块界面上，用户可以直观地观察到分离室内部籽棉的分离状态，图像处理模块界面如图7所示。

图7 图像处理模块界面
图8 相机参数修改界面
用户可根据当前图样效果，点击“参数设置”按钮，进入到相机参数修改界面对行频、增益、曝光时间、触发模式以及图片长宽大小等参数进行设置，从而达到图样最优显示效果，相机参数修改界面如图8所示。

2.2.5 机采籽棉残膜识别分离软件系统辨识系统模块
当机采籽棉残膜识别分离软件系统经过图像处理环节后，技术人员便可进入到辨识系统的操作界面，系统通过“光电检测”[7-8]处理，将以图片的形式呈现，辨识系统模块界面如图9所示。

图9 辨识系统模块界面
2.2.6 机采籽棉残膜识别分离软件系统工作日志
为了方便用户查询之前的工作记录情况，系统还设置有工作日志模块，以便查询任意一个工作日的残膜分离情况，方便快捷。

其工作日志的选择与调用如图10所示。

图10 工作日志的选择与调用
3 机采籽棉残膜识别分离软件系统发展应用前景
随着棉产品在国内的需求量日益增加，机采籽棉的生产效率急需提升。

设计的机采籽棉残膜识别分离软件系统适用于目前市场上的籽棉残膜分离机，可极大地减轻人工操作的负担，并可为具有类似特性差异的机械装置提供理论依据和借鉴，具有极高的经济价值[9]。

此外，该残膜识别分离系统还可以衍生出许多性能相似的软件系统以满足不同用户的需求，该系统在给工作人员操作带来便利的同时，还具有十分广阔的发展和应用前景。

【相关文献】
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[3] 张若宇，坎杂，郭文松.机采籽棉残膜分离机籽棉带出机理仿真[J].农业工程学报，2012，28(1)：17-21.
[4] 郭淑霞，坎杂，张若宇.机采籽棉残膜静电分离装置分离试验[J].农业工程学报，2011，27(S2)：6-10.
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