基于STM32和机智云iot开发平台的水果分拣系统

本水果智能分拣系统,通过颜色传感器对水果进行参数的采集再发送给PLC,PLC进行数据处理后控制分拣系统进行工作,PLC处理好的工作数据再经RS-485 MODBUS协议和STM32F4进行数据交换。然后STM32F4进行内部运算打包通过ESP8266模块发送至机智云iot开发平台的服务器,机智云iot开发平台的服务器发送信息至用户端APP,实现随时查看并调整PLC工作状态,能有效提高水果智能分拣效率。

1、基于PLC水果智能分拣系统发展概况与趋势

在水果商品化的生产过程中,水果智能分拣系统的作用非常明显,它承担着批量筛选水果的外观质量以提高品质的内在性能,稳定水果批次质量的重要任务。对提高我国果农的收入的档次和提高销售收入是非常关键的,特别是智能的筛选、分级技术的大量采用。这对水果智能分拣系统提出了更高的要求,同时也扩大了水果智能分拣系统的市场需求。因此国内外很多大的机械机构生产厂家都对基于PLC水果智能分拣系统的生产研发给予了高度的重视。自动化程度高、生产效率高、维护成本低的水果智能分拣系统产品不断出现,发展迅猛。现如今科学技术的发展带动了各行各业的产业升级。

从上世纪五、六十年代开始,国内还没有出现自动化的水果智能分拣机,要想将水果分级出售是一件难以想象的事。因为水果的筛选只能通过人工挑选,效率低且选出的品质不稳定。

在近十年,随着电子、微机技术的发展和普及,水果智能分拣机得到广泛应用。国内的水果自动分拣机的技术水平与国外的相比差距较大,特别是产品的自主开发能力受到工业制造和其他零部件制造能力不足的制约,很难与国外先进厂家进行抗衡,因此在很大程度上限制了我国水果智能分拣系统的发展。因此,本队基于三菱PLC的水果智能分拣系统用现代的微处理器技术,一种应用STM32单片机结合三菱PLC控制的水果智能分拣系统,通过单片机上传分拣信息至机智云物联网平台,通过机智云将信息回传至APP设备端,实现远程监控PLC的运行状态,确保水果自动分拣机运行效率。

2、水果智能分拣系统的组成

在水果智能分拣系统的设计中,需要根据果农的种植种类,进行设定合适的各类参数,才能保证正确选择水果智能分拣系统的正常运转。确保系统的分拣结果是我们果农想要的分拣结果以及实现利润最大化。

计算水果智能分拣系统参数是一项必要的工作,通过果农提出分拣水果的直径的大小,其通过调整分拣滚轴的距离,使产生的分拣结果大致与果农提出的要求符合。分拣水果之前我们先将水果通过颜色传感器筛选出两个或以上的通道,这一步是以水果的色泽为主要判断依据。假如水果的色泽要求很高我们将会预留一条通道作为不合格水果的剔除通道。

在上料时,我们将会通过进料斗的设计来使水果尽可能的逐个进入分拣系统。本水果智能分拣系统由三菱FX3U系列PLC、STM32F4处理器、传送带、RS485通信模块、颜色传感器、分通道机构和压力传感器组成。

3、水果智能分拣系统的运作原理

3.1 首先我们先将大小、色泽不一样的水果放入进料斗,通过带有挡板的传送带将水果逐个按顺序送进水果智能分拣系统。

3.2 在水果处于传送带的后端间隔时,通过安装在传送带后端上方的白色光源对在传送带上待检测的水果进行白光照射,然后颜色传感器通过分析水果表面反射的光线来分析水果的色泽。颜色传感器将对水果的分析结果传输给下一个环节的电机。

3.3 安装在传送带后方的分拣机构,通过接收颜色传感器发送的信号来判断水果的对应通道。再通过颜色传感器传来的信号驱动电机将不同品质的水果隔离开不同的通道,让水果到下一步的大小分拣机构。

3.4 再通过水果色泽的分拣之后,水果就会到分拣大小的机构。通过两根有夹角的辊轴形成的大小分拣机构。通过果农要求的大小分级来调整辊轴的夹角使分拣直径符合其要求。通过辊轴的间隔进行一个大小分拣,不同的辊轴之间夹角可以使分拣的水果按照不同的大小要求掉落到相应的区间。

3.5 水果通过颜色传感器分通道之后,再通过辊轴机构分出大小不同的水果之后,然后滚落到分隔工作台通过工作台下面的压力传感器测量出分拣完成之后的最后重量。

4、颜色传感器原理

TCS230采用在单一芯片上集成有64个光电二极管。其中16个光电二极管带有红色滤波器(所谓红色滤波器就是只有红光能通过其余颜色光线都不能通过);16个带有绿色滤波器的光电二极管(所谓绿色滤波器就是只有绿色光能通过其余颜色光线都不能通过);16个带有蓝色滤波器的光电二极管(所谓绿色滤波器就是只有蓝光能通过其余颜色光线都不能通过);其余16个不带有任何颜色的滤波器,可以透过全部的光信息。将颜色传感器的芯片部分加装广角镜头,可以使得将反射的光线尽可能的传送到芯片,使得测量到的数据更加接近实际的值。

5、通信设计框架

本设计中,PLC的主要功能是通过总线控制多台电动机的传动和参数的采集发送给STM32F4单片机。PLC与STM32F4单片机通过RS-485采用MODBUS协议通讯进行通信。然后STM32F4单片机进行内部运算打包通过ESP8266模块发送至机智云服务器。框架结构如图1所示。

 

6、基于STM32F4+ESP8266互联网控制系统

STM32F4是由意法半导体推出的高性能MCU,连接PLC和上传数据至云端服务器是完全能够胜任的,并且在实现基本通信功能的基础上可以进行进一步的算法优化和整合更加符合整个需求,辅助完成PLC不能完全胜任的浮点型运算。

ATK-ESP8266是一款高性能的WIFI模块,ATK-ESP8266板载ESP8266模块。能够实现串口与WIFI之间的转换。通过ATK-ESP8266模块,传统的串口设备只是需要简单的串口配置,即可通过网络(WIFI)传输自己的数据。ATK-ESP8266硬件连接如图2所示。

 

7、STM32F4程序设计

通过Keil 5-MDK软件对STMF4单片机进行开发,软件程序框架内容如图3所示。

 

在基础驱动层增加了所需要的驱动,如下:

hal_lcd.c LCD屏幕驱动

hal_lcd.h LCD屏幕驱动头文件

hal_led.c LED驱动

hal_led.h LED驱动头文件

hal_rs485.c rs485端口驱动(附加MODBUS通信协议)

hal_rs485.h rs485端口驱动头文件

机智云协议层,通信协议和用户事件处理详解,如图4所示。

 

8、基于Android  Studio开发APP

机智云iot开发平台提供了相对较为完善的APP源文件,在源文件的基础上通过Android Studio进行开发整合添加和修改所需的功能和要求。大致开发框架如图5所示。

 

至此,一个完整的具有实时监控、远程控制的水果智能分拣系统设计完成。一旦设备运行,即可将分拣状态通过机智云iot开发平台传送到APP上,操作员可在APP上获取设备的实时状态,上云后,设备如发生异常,操作员将实时收到提醒,有助于第一时间将设备恢复正常。因此,智能分拣将减少人工,提高分拣效率。

(新媒体责编：syhz0808)