一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统

1.本发明涉及白胡椒生产线智能监测技术领域，特别是涉及一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统。


背景技术：

2.现代农业发展的必然趋势就是将产业数字化以及信息化，胡椒由于其生产和加工工艺的整个周期较长，较比于其他大众农作物而言，所研究投入不管是在时间还是经济上都相差甚远，并且其生长环境因素影响，只有海南岛大面积种植并且成为农户的基本生计来源，但是现如今机械化的生产线需要人工辅助，不符合当前智能化生产线的大趋势。
3.我国胡椒多以初加工为主，虽然现有的胡椒脱粒机能很大程度上完成工作，脱皮也从费时费力的手工揉搓、浸泡法脱皮到水流冲击、摩擦抖动脱皮形式转变，但是在生产线上缺乏反馈。
4.例如：1脱粒层面，梗粒分离的程度，二次脱粒以及脱粒机的堵塞问题；2清洗分级层面，是否做到精准分级，此分级精确很大程度上决定胡椒成品的等级；3脱皮层面，摩擦时给予的压力多少，以及下料口缝隙的长短；4烘干层面，由于机器运作时，产生的热量不一，能否做到烘干机的长时间恒温，以及烘干机内胡椒是否均匀受热等；
5.目前，我国海南胡椒加工产业发展相对落后，多数农场的胡椒生产通常依靠人工完成，这无疑增大劳动成本，且效率低下。所以在机械化胡椒生产线基本完善的情况下，设计一套胡椒生产线指标监测、故障诊断与分析，结合智慧屏显功能系统十分必要。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，应用于胡椒脱粒装置，包括：摄像头、数据网关、流量传感器、温度传感器、压力传感器和控制端；
9.所述摄像头设置在所述胡椒脱粒装置的脱粒机上，所述摄像头用于获取胡椒的梗粒分离程度信息；所述流量传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述流量传感器用于获取所述冲洗分级机械的冲洗流量信息；所述压力传感器设置在所述胡椒脱粒装置的磨盘处，所述压力传感器用于获取磨盘的研磨压力信息；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的成品出口处的胡椒脱皮状态信息；所述温度传感器设置在所述胡椒脱粒装置的烘干炉内，所述温度传感器用于获取所述烘干炉的烘干温度信息；所述数据网关分别与所述控制端、所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器连接；所述控制端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并根据所述梗粒分离程度信息控制所述脱粒机的脱粒参数，并根据所述冲洗流量信息控制所述冲洗分级机械的工作流量，
并根据所述胡椒脱皮状态信息和所述研磨压力信息控制所述磨盘的工作压力，并根据所述烘干温度信息控制所述烘干炉的工作温度。
10.优选地，还包括风速传感器；
11.所述风速传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述风速传感器与所述数据网关连接，所述风速传感器用于获取所述冲洗分级机械的风速流量信息；所述控制端还用于根据所述风速流量信息控制所述冲洗分级机械的工作风速。
12.优选地，还包括移动端；
13.所述移动端与所述数据网关连接，所述移动端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并将获取到的数据向用户进行可视化显示。
14.优选地，还包括报警装置；
15.所述报警装置与所述控制端和所述移动端连接；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的机器堵塞图像，所述控制端和所述移动端均用于根据所述机器堵塞图像确定报警信息，并将所述报警信息发送至所述报警装置上；所述报警装置用于根据所述报警信息发出警报。
16.优选地，还包括断电保护装置；
17.所述断电保护装置与分别与所述胡椒脱粒装置和市电连接，所述断电保护装置用于在所述市电关闭时，对所述胡椒脱粒装置进行断电保护。
18.优选地，所述数据网关为嵌入式网关；所述嵌入式网关通过无线通讯网络分别与所述控制端和移动端连接。
19.优选地，所述无线通讯网络为lora网络或窄带物联网。
20.优选地，所述控制端是基于arm架构或stm32单片机进行构建的。
21.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
22.本发明提供了一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，应用于胡椒脱粒装置，包括：摄像头、数据网关、流量传感器、温度传感器、压力传感器和控制端；所述摄像头设置在所述胡椒脱粒装置的脱粒机上，所述摄像头用于获取胡椒的梗粒分离程度信息；所述流量传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述流量传感器用于获取所述冲洗分级机械的冲洗流量信息；所述压力传感器设置在所述胡椒脱粒装置的磨盘处，所述压力传感器用于获取磨盘的研磨压力信息；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的成品出口处的胡椒脱皮状态信息；所述温度传感器设置在所述胡椒脱粒装置的烘干炉内，所述温度传感器用于获取所述烘干炉的烘干温度信息；所述数据网关分别与所述控制端、所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器连接；所述控制端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并根据所述梗粒分离程度信息控制所述脱粒机的脱粒参数，并根据所述冲洗流量信息控制所述冲洗分级机械的工作流量，并根据所述胡椒脱皮状态信息和所述研磨压力信息控制所述磨盘的工作压力，并根据所述烘干温度信息控制所述烘干炉的工作温度。本发明在脱粒阶段，通过高速摄像头的手段，利用机械视觉技术，最终再由控制端的数据反复调试，能在很大程度上解决梗粒分离程度难以直观监测的问题。对于分离不彻底的固定重量胡椒果会将其推出传送带以供进行二次脱粒。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例提供的系统结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的整体结构连接示意图；
26.图3为本发明实施例提供的初加工流程示意图；
27.图4为本发明实施例提供的生产线架构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
30.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
31.本发明的目的是提供一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，能够在很大程度上解决梗粒分离程度难以直观监测的问题。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.图1为本发明实施例提供的系统结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，应用于胡椒脱粒装置，包括：摄像头、数据网关、流量传感器、温度传感器、压力传感器和控制端；
34.所述摄像头设置在所述胡椒脱粒装置的脱粒机上，所述摄像头用于获取胡椒的梗粒分离程度信息；所述流量传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述流量传感器用于获取所述冲洗分级机械的冲洗流量信息；所述压力传感器设置在所述胡椒脱粒装置的磨盘处，所述压力传感器用于获取磨盘的研磨压力信息；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的成品出口处的胡椒脱皮状态信息；所述温度传感器设置在所述胡椒脱粒装置的烘干炉内，所述温度传感器用于获取所述烘干炉的烘干温度信息；所述数据网关分别与所述控制端、所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器连接；所述控制端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传
感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并根据所述梗粒分离程度信息控制所述脱粒机的脱粒参数，并根据所述冲洗流量信息控制所述冲洗分级机械的工作流量，并根据所述胡椒脱皮状态信息和所述研磨压力信息控制所述磨盘的工作压力，并根据所述烘干温度信息控制所述烘干炉的工作温度。
35.优选地，还包括；
36.所述风速传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述风速传感器与所述数据网关连接，所述风速传感器用于获取所述冲洗分级机械的风速流量信息；所述控制端还用于根据所述风速流量信息控制所述冲洗分级机械的工作风速。
37.优选地，还包括移动端；
38.所述移动端与所述数据网关连接，所述移动端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并将获取到的数据向用户进行可视化显示。
39.如图2所示，本实施例在机械结构完善的情况下，首先胡椒从采摘到胡椒果穗被喂入脱粒机时，其带有梗和叶片。
40.虽然经过脱粒机之后，绝大部分梗叶被拿去，但是仅凭肉眼是很难直观体现的，此时在脱粒机上加装一粒高速摄像头，能很清楚感知到梗粒分离的程度。首先在传送带上，会有隔板每次均匀送走固定重量的胡椒脱粒完成品，如果分离情况不佳，此时传送带上隔板会推这一份胡椒脱粒完成品返工，此时数据会上传网关，可以在pc端(控制端)上对脱粒机进行参数调节。如若由于胡椒梗叶的长时间积累导致机器堵塞，将会上传数据到网关，应用层可以在pc端或者手机(移动端)上监测到堵塞，并发出警报。
41.优选地，还包括报警装置；
42.所述报警装置与所述控制端和所述移动端连接；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的机器堵塞图像，所述控制端和所述移动端均用于根据所述机器堵塞图像确定报警信息，并将所述报警信息发送至所述报警装置上；所述报警装置用于根据所述报警信息发出警报。
43.进一步地，如图3所示，本实施例在进入清洗分级阶段后，由于冲洗胡椒身上带有的残留土壤以及枝叶需要一定流量的水不断冲洗，流量传感器会反馈数据到网关，可在pc端上观测到具体流量数据，如若发现因为冲洗不足导致胡椒表面仍带有少量土壤，则可以在pc端上加大流量，若发现冲洗过度，则可以减少流量；因为还有部分冲洗分级机械采用的是前后抽风系统完成分离过大和过小的杂质、棍棒和中空的轻石头，还可以分离出特定大小的胡椒。此时就采用风速传感器对胡椒状态进行监测，并作出相对应的措施。
44.更进一步地，清洗分级阶段之后是脱皮环节，由于脱皮一般采用温水流冲刷或者搓擦来完成对胡椒果的初级加工，此环节很大程度上决定了胡椒果的等级质量。因为我国胡椒相相较于国外产品很难在价格上有优势，所以只能在质量上做出提升。故此脱皮的好坏决定质量优劣。此时会放置一个压力传感器，当成品从下口露出时，如果脱皮效果不佳，此时加装的摄像头会精确捕捉到这一份固定重量的胡椒脱皮状态，反馈到网关，由pc端监测出，那么应用层会加大压力，以达到上磨盘和下磨盘的完美配合。如果成品脱粒效果一般，会由推板将这一份胡椒果返工。
45.更进一步地，胡椒烘干分两个阶段，那么这两个阶段均有其最佳恒温温度，此时温
度传感器会将炉内温度准确及时反馈到应用层，因为机器的运作和天气的不确定性，炉内温度不可能精确达到最佳恒温效果，根据反馈到的数据，pc端及时准确发出指令，温度会自适应到最佳恒温。
46.优选地，还包括断电保护装置；
47.所述断电保护装置与分别与所述胡椒脱粒装置和市电连接，所述断电保护装置用于在所述市电关闭时，对所述胡椒脱粒装置进行断电保护。
48.最后，如果突发紧急情况，例如：市电突然关闭，机器仍在运作，那么机器会自动开启断电保护；机器某一部分突然卡死，并且无人及时处理时，也会及时发出报警声提醒工作人员。
49.优选地，所述数据网关为嵌入式网关；所述嵌入式网关通过无线通讯网络分别与所述控制端和移动端连接。
50.优选地，所述无线通讯网络为lora网络或窄带物联网。
51.具体的，本实施例中选用的传输方式为lora技术，该技术的优势在于具备了较强的抗干扰能力，而且可以传输较长的距离，功耗较小。但窄带物联网(nb-lot)同样具有功耗低、覆盖广以及穿透性强等优点，故此二者并无太大差异。
52.优选地，所述控制端是基于arm架构或stm32单片机进行构建的。
53.可选地，现如今大部分产品都采用arm架构芯片开发，基于arm芯片价格昂贵，且开发成本高，本发明使用arm芯片会造成资源浪费。故此本文采用stm32来代替使用，当然arm也能完成本发明的一切操作。
54.如图4所示，上述生产线主要分为应用层、综合决策层和感知传输层，各个层分别执行相应的操作和功能。智能监测系统感知传输层可以细分为感知层和传输层。其中，感知层由各类传感器、嵌入式网关和执行设备组成；传输层由lora网络和嵌入式模块组成。系统综合决策层包括实时通信以及远程控制，对于传输层发送而来的数据进行整合并存入数据库，以供反复学习识别。应用层主要用于终端客户和系统之间的交互工作，终端客户可以通过浏览器查看实时数据、历史数据、初加工成品状态等系统信息。
55.进一步地，本实施例在脱粒和脱皮阶段加装摄像头，通过机械视觉扫描阶段性成品，并且上传数据到网关，最终到达要求的脱粒率和脱皮率。2.通过各类传感器的通力合作，将采集的数据通过lora通信终端供pc端查看并作出相应反馈，同时能在不断的调试中，使得各独立机器达到最佳配合状态。并对arm进行编写程序，使得能在浏览器上观察到各数据的反馈情况。
56.本发明的有益效果如下：
57.(1)首先本发明在脱粒阶段，通过高速摄像头的手段，利用机械视觉技术，最终再由pc端的数据反复调试，能在很大程度上解决梗粒分离程度难以直观监测的问题。对于分离不彻底的固定重量胡椒果会有推板将其推出传送带以供进行二次脱粒。
58.(2)在进入清洗分级阶段，残留的土壤和梗叶不能100％的在脱粒阶段完全被剔除，故此在清洗分级阶段的流量/风速传感器就能及时反馈到pc，由技术人员根据清洗分级程度对机器进行调试，以达到最佳清洗分级状态。
59.(3)其次是在脱皮阶段，如果不能做到几乎完全脱皮，那么在价格方面肯定会大打折扣，农户的经济利益会减少。所以在此处加装的高速摄像头能将固定重量的胡椒果以最
快速度识别其脱皮率是否达到要求，如若没有达到，将会由推板推出传送带进行二次脱皮，数据会上传到网关，由pc端做出决策，通过压力传感器的数据进行或多或少的改变，直至达到生产标准。
60.(4)最后是烘干阶段，由pc端固定胡椒果的最佳恒温温度，通过温度传感器的数值，自适应调整温度。解决了由于厂房内机器运作发热、天气原因导致达不到胡椒最佳恒温烘干的困境。
61.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可
62.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，应用于胡椒脱粒装置，其特征在于，包括：摄像头、数据网关、流量传感器、温度传感器、压力传感器和控制端；所述摄像头设置在所述胡椒脱粒装置的脱粒机上，所述摄像头用于获取胡椒的梗粒分离程度信息；所述流量传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述流量传感器用于获取所述冲洗分级机械的冲洗流量信息；所述压力传感器设置在所述胡椒脱粒装置的磨盘处，所述压力传感器用于获取磨盘的研磨压力信息；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的成品出口处的胡椒脱皮状态信息；所述温度传感器设置在所述胡椒脱粒装置的烘干炉内，所述温度传感器用于获取所述烘干炉的烘干温度信息；所述数据网关分别与所述控制端、所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器连接；所述控制端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并根据所述梗粒分离程度信息控制所述脱粒机的脱粒参数，并根据所述冲洗流量信息控制所述冲洗分级机械的工作流量，并根据所述胡椒脱皮状态信息和所述研磨压力信息控制所述磨盘的工作压力，并根据所述烘干温度信息控制所述烘干炉的工作温度。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，还包括风速传感器；所述风速传感器设置在所述胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，所述风速传感器与所述数据网关连接，所述风速传感器用于获取所述冲洗分级机械的风速流量信息；所述控制端还用于根据所述风速流量信息控制所述冲洗分级机械的工作风速。3.根据权利要求1所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，还包括移动端；所述移动端与所述数据网关连接，所述移动端用于通过数据网关获取所述摄像头、所述数据网关、所述流量传感器、所述温度传感器和所述压力传感器获取到的数据，并将获取到的数据向用户进行可视化显示。4.根据权利要求3所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，还包括报警装置；所述报警装置与所述控制端和所述移动端连接；所述摄像头还用于获取所述胡椒脱粒装置的机器堵塞图像，所述控制端和所述移动端均用于根据所述机器堵塞图像确定报警信息，并将所述报警信息发送至所述报警装置上；所述报警装置用于根据所述报警信息发出警报。5.根据权利要求1所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，还包括断电保护装置；所述断电保护装置分别与所述胡椒脱粒装置和市电连接，所述断电保护装置用于在所述市电关闭时，对所述胡椒脱粒装置进行断电保护。6.根据权利要求3所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，所述数据网关为嵌入式网关；所述嵌入式网关通过无线通讯网络分别与所述控制端和移动端连接。7.根据权利要求6所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，所述无线通讯网络为lora网络或窄带物联网。8.根据权利要求1所述的基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，其特征在于，所述控制
端是基于arm架构或stm32单片机进行构建的。

技术总结
本发明提供了一种基于嵌入式的胡椒设备智能监测系统，摄像头设置在胡椒脱粒装置的脱粒机上，以获取胡椒的梗粒分离程度信息；流量传感器设置在胡椒脱粒装置的冲洗分级机械上，以获取冲洗分级机械的冲洗流量信息；压力传感器设置在胡椒脱粒装置的磨盘处，以获取磨盘的研磨压力信息；摄像头还用于获取胡椒脱粒装置的成品出口处的胡椒脱皮状态信息；温度传感器设置在胡椒脱粒装置的烘干炉内，以获取烘干炉的烘干温度信息；控制端根据上述信息控制脱粒机的脱粒参数、冲洗分级机械的工作流量、磨盘的工作压力和烘干炉的工作温度。本发明利用机械视觉技术，由控制端的数据反复调试，能在很大程度上解决梗粒分离程度难以直观监测的问题。题。题。


技术研发人员：张园 韦丽娇 王昌权 张嘉伟
受保护的技术使用者：中国热带农业科学院农业机械研究所
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/12