一种基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法
阅读说明：本技术 一种基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法 (LabVIEW-based online egg crack detection system and detection method thereof ) 是由 刘宪林 孙力 蔡健荣 许骞 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统,包括控制系统、声音接收器、敲击装置、编码器、输送装置和接近开关；所述输送装置用于输送禽蛋；所述敲击装置包括若干敲击棒；所述控制系统利用脉冲信号通过编码器控制每一所述敲击棒；若干敲击棒安装在所述输送装置的输送路径附近；每一所述敲击棒附近设有接近开关,用于判断禽蛋是否达到打击位置；所述控制系统通过声音接收器采集禽蛋敲击后产生的声音信号,所述控制系统通过时域和频域分析来判断禽蛋是否有裂纹。本发明可以同时使用多个声卡对多个咪头进行音频采集,既满足禽蛋裂纹在线检测音频采集的应用需求又节约成本。(The invention provides an egg crack online detection system based on LabVIEW, which comprises a control system, a sound receiver, a knocking device, an encoder, a conveying device and a proximity switch, wherein the sound receiver is connected with the control system; the conveying device is used for conveying the poultry eggs; the knocking device comprises a plurality of knocking rods; the control system controls each knocking rod through an encoder by using a pulse signal; a plurality of knocking rods are arranged near the conveying path of the conveying device; a proximity switch is arranged near each knocking rod and used for judging whether the poultry eggs reach the knocking position or not; the control system collects sound signals generated after the eggs are knocked through the sound receiver, and judges whether the eggs have cracks or not through time domain and frequency domain analysis. The invention can simultaneously use a plurality of sound cards to carry out audio acquisition on a plurality of microphones, thereby not only meeting the application requirement of online detection of the crack of the poultry egg for audio acquisition, but also saving the cost.)
技术领域
本发明涉及禽蛋裂纹检测技术领域，特别涉及一种基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法。
背景技术
禽蛋破损很容易受到微生物的污染从而加剧内部品质的腐败变质，并且国内对裂纹禽蛋的检测主要以人工为主，对微小裂纹的检测很容易受到主观的影响，从而会产生漏检，如果把这些漏检的裂纹蛋加工成卤蛋、松花蛋等，不仅会造成经济损失而且对人身体健康有不小的影响，所以对禽蛋裂纹实现自动化检测是禽蛋商品化处理的必然。
目前，已有学者针对禽蛋表面裂纹的检测进行了研究，中国专利公开了一种多工位声学响应信号分析的蛋壳裂纹检测方法，在静态下对禽蛋的大、小头多个点敲击，将采集到的敲击信号进行离线信号处理分析，提取完好蛋与裂纹蛋信号的差异化特征，建立了静态时域判别模型。中国专利公开了一种禽蛋裂纹动态检测系统及方法，采用FPGA和DSP相结合的方法对多通道声音信号进行采集。该方法音频采集系统编程复杂、研发周期长，后期开发和维护成本高。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法，基于LabVIEW图形化编程语言进行开发，其界面友好、简单、易于调试和维护，采用声卡作为音频采集设备，计算机可以同时使用多个声卡对多个咪头进行音频采集，既满足禽蛋裂纹在线检测音频采集的应用需求又节约成本。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统，包括控制系统、声音接收器、敲击装置、编码器、输送装置和接近开关；所述输送装置用于输送禽蛋；所述敲击装置包括若干敲击棒；所述控制系统利用脉冲信号通过编码器控制每一所述敲击棒；若干敲击棒安装在所述输送装置的输送路径附近；每一所述敲击棒附近设有接近开关，用于判断禽蛋是否达到打击位置；所述控制系统通过声音接收器采集禽蛋敲击后产生的声音信号，所述控制系统通过时域和频域分析来判断禽蛋是否有裂纹。
进一步，所述控制系统对采集到的禽蛋敲击声音信号进行FFT变换，根据得到频域信号计算各个频域幅值最值对应频点的众数，确定众数频点处所有幅值和与所有幅值最值和的比值，通过比较比值区分禽蛋是否有裂纹。
进一步，所述控制系统根据采集到的禽蛋敲击声音信号先利用阈值判断有无禽蛋。
进一步，所述声音接收器包括声卡和咪头，所述控制系统连接声卡，所述声卡连接咪头，至少2个敲击棒之间设有一个咪头，用于采集禽蛋敲击后产生的声音信号。
进一步，所述输送装置上设有16个敲击棒，2个敲击棒之间设有1个咪头。
一种禽蛋裂纹在线检测系统的检测方法，包括如下步骤：
控制系统利用编码器和接近开关对敲击装置进行速度匹配，以保证敲击装置上的敲击棒能敲击到禽蛋的中心轴位置；
声音接收器接受敲击装置敲击禽蛋的声音信号，使用阈值判断有无禽蛋；
控制系统对采集到的禽蛋敲击声音信号进行FFT变换，根据得到频域信号计算各个频域幅值最值对应频点的众数，确定众数频点处所有幅值和与所有幅值最值和的比值，通过比较比值区分禽蛋是否有裂纹。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法，可在线连续保存禽蛋激励响应信号，保存大量数据样本，以便离线对不同品种的禽蛋建立动态检测模型。
2.本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法，采用声卡作为音频采集硬件，使用LabVIEW图形化编程软件进行系统的后台和界面开发，可以直观的观察到禽蛋激励响应信号波形，采用声卡作为音频采集设备，既能满足对音频信号指标要求，又经济适用、使用灵活，上位机可以使用多声卡同时工作，达到多通道音频采集的功能。
3.本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统及其检测方法，能够实现禽蛋裂纹在线实时检测，对外部噪声抗干扰性比较好，在此基础上还可以开发多通道禽蛋裂纹检测。
附图说明
图1为本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统原理框图。
图2为本发明所述的敲击装置示意图。
图3为本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测方法的流程图。
图中：1-上位机；2-PLC；3-声卡；4-咪头；5-敲击装置；6-编码器；7-接近开关。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统，包括有上位机1、PLC 2、声卡3、咪头4、敲击装置5、输送装置、编码器6和接近开关7，所述输送装置用于输送禽蛋；所述敲击装置5包括若干敲击棒；若干敲击棒安装在所述输送装置的输送路径附近；每一所述敲击棒附近设有接近开关7，PLC 2用于判断禽蛋是否达到打击位置；所述PLC 2利用脉冲信号通过编码器6控制每一所述敲击棒；上位机1采用RS485与PLC2相连；所述咪头4通过3.5mm接头插入USB声卡；所述上位机1用以接收来自声卡3的禽蛋激励响应信号，通过采集同一个禽蛋的16个激励响应信号并进行时域和频域分析来判断出该禽蛋有无裂纹，具体为：所述控制系统对采集到的禽蛋敲击声音信号进行FFT变换，根据得到频域信号计算各个频域幅值最值对应频点的众数，确定众数频点处所有幅值和与所有幅值最值和的比值，通过比较比值区分禽蛋是否有裂纹。
所述上位机1与PLC2连接，采用MODBUS通讯协议；所述上位机1与两个USB扩展器相连；所述上位机1自动给USB扩展器所带的USB口分配端口；所述USB扩展器采用的是USB2.0，传输速率为480mbps；所述USB扩展器每一个都有4个USB口，共有8个USB端口，分别与八个USB声卡3连接。
所述PLC 2采用外部中断计数，通过编码器6记录敲击装置5每一个敲击棒对应的敲击脉冲，根据敲击脉冲为每一个敲击棒分配其指定的声卡3，由上位机1根据读取到的PLC2寄存器的内容打开相应的声卡3来获取将要采集的禽蛋激励响应信号；
所述的声卡3为USB外置声卡，通过USB接口与上位机1相连；所述声卡3采样率最高为44,100Hz，采样精度为16位，满足音频信号采集要求；所述声卡3一共有八个，分别与敲击装置5上的八个咪头4对应相连；
所述咪头4为驻极体咪头，指向性为全指向性；所述咪头4共有八个，通过3.5mm接头与声卡3连接；所述咪头4安装在敲击装置上，每一个咪头4可以采集相邻两个敲击棒的激励响应信号，八个咪头4一共可以采集敲击装置5的16个敲击棒的激励响应信号。
如图3所示，本发明所述的基于LabVIEW的禽蛋裂纹在线检测系统的检测方法，包括如下步骤：
步骤一：PLC 2利用编码器6和接近开关7对敲击装置5进行速度匹配，以保证敲击装置5上的敲击棒能敲击到禽蛋的中心轴位置。
步骤二：通过PLC 2获取编码器5输出脉冲以对应敲击装置5中各个敲击棒的相位角，敲击棒的相位角可以由编码器6输出脉冲表示，而且每一个敲击棒的相位角与编码器6输出的脉冲数是固定的，利用PLC2将编码器6输出的脉冲数进行计数并将脉冲数保存到指定寄存器，并为脉冲数分配一个寄存器放置其对应的声卡3序号，通过LabVIEW读取PLC2寄存器保存的声卡序号来打开指定的声卡3以采集禽蛋激励响应信号；
步骤三：上位机1则根据对应的声卡3传输咪头4采集的敲击禽蛋的声音信号，根据声音信号时域的幅值与设定的阈值判断有无禽蛋，本实验主要对象为鸡蛋和鸭蛋，并且鸡蛋和鸭蛋蛋壳硬度不同，采取的阈值也不一样，并且数据采集设备为声卡3，采集的信号强度也跟录音设备有关，可以通过上位机1进行调整；根据本实验的需要，鸡蛋选取0.16作为有效信号的阈值，鸭蛋选取0.18作为有效信号的阈值；如果声卡3传输的声音信号达到了设定的阈值，为了达到对敲击信号的有效处理和节约处理时间，选择截取信号256个数据点。
步骤四：将八个咪头4采集到的激励响应信号分别放到八个数组，并对采集到的禽蛋敲击声音信号进行连续储存，根据敲击棒敲击的规律对这八个数组进行数据处理，可以将单个禽蛋的16个敲击声音信号提取出来，然后对16个敲击声音信号进行FFT变换，根据得到的16个频域信号计算各个频域幅值最值对应频点的众数，并计算该众数频点处所有幅值和与所有幅值最值和的比值，通过比较比值可以区分出裂纹蛋和完好蛋，并将结果显示到数据采集界面。
步骤五：利用LabVIEW的Excel表格控件可以将八个咪头4采集的敲击声音的时域信号和频域信号保存到电脑上，手动操作设置音频信号保存路径，上位机1便会在指定路径自动生成文件和文件名，以便做离线数据分析。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
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