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系統(tǒng)做出烘干決策后，就形成了上位機(jī)烘干指令，該指令包含了遠(yuǎn)紅外電加熱板加熱和何時(shí)應(yīng)該加熱，何時(shí)應(yīng)該停止加熱等信息。上位機(jī)單元的重要任務(wù)，就是將該信息發(fā)送給下位機(jī)單元，使之能對(duì)加熱執(zhí)行單元進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)能否順利傳遞，通訊方式是關(guān)鍵，系統(tǒng)選用的串口通訊，串口通訊數(shù)據(jù)傳輸速率很低，但是它數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。并且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的傳輸量較小，最大的傳輸速率為每秒8幀信息，用9600波特率已經(jīng)足夠，因此串口通信能夠很好的滿足要求。同時(shí)在各種通信標(biāo)準(zhǔn)中選擇簡(jiǎn)單的RS－232標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通訊。針對(duì)蔬果干燥標(biāo)準(zhǔn)要求，研究找出整個(gè)控制系統(tǒng)的匹配模型，并對(duì)干燥控制裝置進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì);采用相應(yīng)的開發(fā)軟件，驗(yàn)證視覺變量干燥控制系統(tǒng)的控制算法，同事構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)控制干燥裝置軟平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)［7］。

圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由光源、接收模塊、采集模塊和PC機(jī)等組成。

控制系統(tǒng)光源系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，采用自然光源作為實(shí)驗(yàn)用光源。控制系統(tǒng)將葡萄、紅棗等的大小、顏色在烘干前后要區(qū)分開來，由于圖像處理軟件的魯棒性很好，配合用自然光源可以滿足要求，無需區(qū)別葡萄、紅棗的紋理及其他細(xì)節(jié)需求，不必借助人工光源。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自然光源能滿足實(shí)驗(yàn)要求。

圖像接收模塊圖像接收模塊用CMOS類型攝像機(jī)，此攝像機(jī)具有可以將接收?qǐng)D像信號(hào)變成電壓信號(hào)輸出、速度塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能源消耗較小。其內(nèi)部器件傳感器參數(shù):像素超過百萬，A/D轉(zhuǎn)換精度10位，分辯率1280×1024，40幀/秒，圖像窗口可無級(jí)設(shè)置幀率也隨之變化。

數(shù)據(jù)采集在實(shí)時(shí)采集圖像的過程中，目標(biāo)與攝像機(jī)之間是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，為了獲得的較好的圖像，要確定好光圈的大小。1)光圈值的確定。物體在一定空間內(nèi)成像都是清晰的，圖像質(zhì)量也有保證，超出這個(gè)范圍時(shí)，對(duì)比度會(huì)下降，這個(gè)距離就是物體在景深范圍內(nèi)。而景深和光圈的大小關(guān)系最密切。光圈越大，景深越小。因此在實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)前，要根據(jù)烘干的葡萄、紅棗大小尺寸調(diào)整光圈大小，以保證不同大小的蔬果都能清晰可見，便于后期的圖像處理。2)曝光時(shí)間的確定。在光圈值確定了的情況下，曝光時(shí)間的長(zhǎng)短與圖像的清晰度直接相關(guān)。如果光照不變，一般情況快門速度可以拍攝到清晰的照片。一般情況光源的強(qiáng)度不夠，快門速度應(yīng)地減慢，否則會(huì)導(dǎo)致采集的圖像出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊。出現(xiàn)這種情況下，圖像處要進(jìn)行圖像恢復(fù)操作。

視覺圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用VB程序語言，包括主程序和各個(gè)子程序模塊，其中主程序下各子模塊程序相對(duì)獨(dú)立，這樣便于對(duì)程序修改、應(yīng)用方便靈活。各個(gè)功能模塊主要包括系統(tǒng)初始化、串口參數(shù)設(shè)置及控制、圖像的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的顯示等。

系統(tǒng)的初始化和串口通訊參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的初始化主要包括數(shù)字?jǐn)z像頭、實(shí)時(shí)顯示界面、歷史數(shù)據(jù)顯示界面、內(nèi)存畫圖等初始化等功能。實(shí)時(shí)顯示界面主要是適應(yīng)攝像頭的分辨率，其對(duì)象內(nèi)部的水平屬性設(shè)為1280，垂直屬性設(shè)為1024;歷史數(shù)據(jù)顯示界面對(duì)象內(nèi)部的水平屬性設(shè)為600，而顏色值范圍為0～255，則垂直屬性設(shè)為255;內(nèi)存畫圖主要是創(chuàng)建一個(gè)與窗體相兼容的設(shè)備場(chǎng)景，并創(chuàng)建一個(gè)與窗體同樣大小的矩形區(qū)域;數(shù)字?jǐn)z像頭的參數(shù)設(shè)置主要通過InitialDevice函數(shù)完成。在窗體的Load事件中通過Status=BeginHVDevice(1，hhv)初始化攝像頭，通過調(diào)用InitialDevice()子過程對(duì)攝像頭的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分辨率初始化、采集方式設(shè)置為連續(xù)采集、增益設(shè)置各個(gè)分量的增益、AD轉(zhuǎn)換級(jí)別置成級(jí)別2。系統(tǒng)中串口通訊的作用是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)依據(jù)圖像分析的結(jié)果向下位機(jī)發(fā)送“0001”或者“0000”命令，從而控制遠(yuǎn)紅外加熱板的通電和斷電。串口控制模塊封裝了串口控制函數(shù)，如串口初始化、發(fā)出控制信號(hào)、接收信號(hào)、關(guān)閉串口。為了軟件的可擴(kuò)展性，串口參數(shù)設(shè)置部分主要包括串口的選擇、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位的選擇，在此系統(tǒng)中，默認(rèn)的設(shè)置時(shí)COM1、9600、8、None、1。當(dāng)C點(diǎn)擊“打開串口”按鈕時(shí)，串口按照Combo1、ombo2、Combo3、Combo4、Combo5的Text屬性里的數(shù)值打開串口，在Timer1的Timer事件中，當(dāng)符合參數(shù)要求時(shí)，通過“MSComm1．OutBufferCount=0，MSComm1．Output=outbte”兩條語句向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，從而控制遠(yuǎn)紅外加熱板的打開和關(guān)閉。

后臺(tái)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)圖像的實(shí)時(shí)顯示，圖形畫面可現(xiàn)實(shí)干燥箱內(nèi)的干燥狀況，工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。在VB本軟件使用的是PictureBox控件來完的，為了將采集來的畫面按比例顯示在窗口中，在程序中將此控件的度量單位設(shè)置成Pixel，寬度和高度分別設(shè)置成數(shù)字?jǐn)z像頭當(dāng)前采用的分辨率。依據(jù)在中等亮度的光刺激下視覺暫留時(shí)間為0．05～0．2s，畫面更換時(shí)間間隔即Timer控件的Inteval屬性設(shè)置為100ms。歷史數(shù)據(jù)的顯示，歷史數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)畫面，通過此模塊可以了解現(xiàn)在是是處于遠(yuǎn)紅外加熱階段是處于兩批蔬果更換間歇階段。軟件畫面中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線顯示可以通過PictureBox控件或者M(jìn)SChart控件，當(dāng)數(shù)據(jù)更新較快時(shí)MSChart控件存在閃爍現(xiàn)象，且機(jī)器速度越慢閃爍現(xiàn)象越明顯，最終消閃的辦法還得通過內(nèi)存，所以本軟件通過Picture控件通過內(nèi)存直接畫圖。軟件包括4個(gè)按鈕:開始、結(jié)束、打開串口和關(guān)閉串口。系統(tǒng)運(yùn)行后，實(shí)時(shí)顯示界面的外觀和位置已經(jīng)設(shè)計(jì)好，歷史數(shù)據(jù)顯示界面的外觀和位置也已經(jīng)設(shè)計(jì)好，數(shù)字?jǐn)z像頭和串口都已經(jīng)被初始化，但數(shù)字?jǐn)z像頭還不能采集數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊開始按鈕，攝像頭開始采像，并將每幀圖像的平均值存在txt文件里，但不能將分析結(jié)果傳給下位機(jī);只有同時(shí)點(diǎn)擊打開串口按鈕，才會(huì)將不同于上次的分析結(jié)果傳給下位機(jī)。當(dāng)結(jié)束軟件時(shí)，首先點(diǎn)擊關(guān)閉串口，停止向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)擊結(jié)束按鈕，這是數(shù)字?jǐn)z像頭停止采集圖像，并且軟件退出。

系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)本文提出的計(jì)算機(jī)視覺對(duì)蔬果進(jìn)行烘干的新辦法是一種快速而有效的辦法。分析了蔬果上位機(jī)干燥控制系統(tǒng)組成、參數(shù)，并提出了機(jī)器視覺軟件算法。視覺圖像通過HVApi的ConvertBayer2Rgb函數(shù)獲得此圖像每個(gè)像素參數(shù)，判斷與標(biāo)定值的關(guān)系，如果大于標(biāo)定值(根據(jù)烘干的果蔬要求的顏色、大小等)，則認(rèn)為是烘干開始，給下位機(jī)傳送打開命令，從而遠(yuǎn)紅外加熱板通電;如果小于標(biāo)定值，給下位機(jī)傳送關(guān)閉命令，遠(yuǎn)紅外加熱板停止工作。下面列出部分主要代碼。

結(jié)束語

本文研究了基于視覺變量的遠(yuǎn)紅外蔬果干燥的控制問題，給出了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通訊方法，通過系統(tǒng)硬件和軟件的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)證明了基于視覺算法烘干的可行性，表明可以用于蔬果烘干系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

作者：李建軍弋曉康王偉單位：塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院