УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН Российский патент 1996 года по МПК A01G7/00 A01C1/00 G06G7/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для использования в стационарных и портативных устройствах для цифрового преобразования измеряемых параметров и может быть использовано в устройствах для предварительного определения всхожести семян овощных культур.

Уровень техники определялся по патентной и технической литературе.

В патентной литературе (см. Патент США N 3852914,М кл.³ А 01 С 1/00, 1974 г. Патент ФРГ N 2443961,М кл.³ А 01 С 1/00, 1976 г. Патент Франции N 2284267, М.кл.³ А 01 С 1/02, 1976 г.) известны способы определения жизнеспособности семян. Способы основаны на измерении величины силы тока, проходящего через семя, которая принимается за меру жизнеспособности.

Недостатками известных способов и устройств, реализуемых на их основе, являются их неточность и низкая производительность. Неточность обусловлена тем, что для определения процентного соотношения всхожести семян необходимо использовать пересчетные таблицы величины силы тока процент всхожести. Для каждого вида культуры используются свои таблицы. При этом величина силы тока зависит от влажности семян на стадии предварительного проращивания и от вида культуры. Наличие влаги в семенах существенно искажает реальный процентный показатель их всхожести (около 1,3-1,7 в каждых 10% показаний). Кроме этого, данные способы ориентированы на определение всхожести (жизнеспособности) единичных семян, что характеризует их низкую производительность.

Известно устройство для определения жизнеспособности семян растений (см. Патент Франции N 2498415), кл. А 01 С 1/02, 1982г.), содержащее источник переменного синусоидального электрического тока низкой частоты, блок регулирования амплитуды, трансформатор, приспособление для электролюминисцентной визуализации, осциллятор.

Недостатками известного устройства являются низкая производительность и отсутствие отображения количественных цифровых показателей в процессе определения жизнеспособности семян. Эти недостатки вытекают из конструктивного решения и методики определения жизнеспособности семян. Методика включает в себя следующие основные этапы: отбор пробы семян и подсчет количества семян, перенос и размещение пробы в приспособление, подготовка к исследованию, проведение исследования и визуальный подсчет количества жизнеспособных семян. Т.О. для определения процентного показателя всхожести семян необходимо провести ряд операций занимающих длительное время и которое возрастает с уменьшением размеров семян.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство (см. заявка N 4748791/24, кл. G 06 F 7/26, дата подачи 07.08.89г.), содержащее нелинейный датчик, генератор импульсов, генератор опорной частоты, калибратор импульсов, смеситель, преобразователь частоты в напряжение, преобразователь напряжения в емкость, сумматор, первый вход которого соединен с выходом нелинейного датчика, а выход подключен к управляющему входу генератора импульсов, соединенного выходом с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход через калибратор импульсов, преобразователь частоты в напряжение и преобразователь напряжения в емкость подключен к второму входу сумматора.

Недостатком прототипа является то, что на основе предложенного технического решения, устройство имеет двойное преобразование (емкость напряжение емкость) и почти полностью реализовано на аналоговых элементах. Функционирование аналоговых элементов сопровождается осцилляцией или "звоном". Этот "звон" образуется относительно корпусной шины индуктивностью и паразитной емкостью, которые создают в полупроводниковых приборах колебательные контуры, возбуждаемые импульсными сигналами в схеме. Все эти помехи влияют на точность проводимых измерений. На основе данного технического решения изготовлено устройство-влагомер семян тыквенных (овощных) культур АВС101 3Е2.844.608. В данном устройстве абсолютная погрешность измерения составляет ± 1% в диапазоне измерения до 10% и возрастает до ±4% в диапазоне измерения до 50% влажности (3Е2.844.608 ПС).

Технический результат на который направлено изобретение, заключается в повышении точности устройства для предварительного определения всхожести семян.

Совокупность существенных признаков, достаточных для достижения технического результата определяется тем, что в устройство, содержащее нелинейный датчик, генератор импульсов, калибратор импульсов, генератор опорной частоты, первый выход которого подключен к счетному входу калибратора импульсов, вход сброса которого подключен к выходу генератора импульсов, вход которого подключен к первому выходу нелинейного датчика, введены прецизионный операционный усилитель (ОУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), арифметико-логическое устройство (АЛУ), блок индикации, вход которого подключен к выходу АЛУ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам калибратора импульсов и АЦП, вход которого подключен к выходу прецизионного ОУ, вход которого подключен к второму выходу нелинейного датчика, тактовый вход АЛУ подключен к второму выходу генератора опорной частоты, первый вход которого соединен с тактовым входом АЦП.

Существенные признаки, отличающие предлагаемое устройство для предварительного определения всхожести семян от прототипа, состоят во введении прецизионного ОУ, АЦП, АЛУ и блока индикации.

Введение этих признаков позволяет обеспечить необходимую точность устройства для предварительного определения всхожести семян (абсолютная погрешность ±0,5% на всем диапазоне измерений от 5 до 95%).

Технико-экономические преимущества данного изобретения по сравнению с прототипом состоят в том, что при повышении точности определения показателя всхожести семян можно достаточно гарантированно и точно устанавливать цену на семена при их реализации. Кроме этого, использование портативного устройства, наглядность и малое время измерения обеспечивают простоту и высокую производительность.

Блок-схема устройства для предварительного определения всхожести семян изображена на фиг.1; структурная схема АЛУ представлена на фиг.2.

Устройство для предварительного определения всхожести семян (фиг.1) содержит нелинейный датчик 1, генератор импульсов 2, калибратор импульсов 3, генератор опорной частоты 4, прецизионный ОУ.5, АЦП 6, АЛУ 7, блок индикации 8, вход которого соединен с выходом АЛУ 7, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам калибратора импульсов 3 и АЦП 6, вход которого подключен к выходу прецизионного ОУ 5, вход которого подключен к второму выходу нелинейного датчика 1, первый выход которого подключен к входу генератора импульсов 2, выход которого подключен к входу сброса калибратора импульсов 3, счетный вход которого соединен с тактовым входом АЦП 6 и подключен к первому выходу генератора опорной частоты 4, второй выход которого подключен к тактовому входу АЛУ 7, третий выход подключен к входу "разрешение" калибратора импульсов 3.

АЛУ 7 (фиг.2) содержит порт обмена данными 9, мультиплексор 10, коммутатор 11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12 и микропроцессор (МП) 13, шина данных и выход "запись/чтение" которого подключены соответственно к шине данных и управляющему входу порта обмена данными 9, а шина адреса подключена к шине адреса ПЗУ 12 и мультиплексора 10, первая группа входов которого подключена к выходам коммутатора 11, вторая группа входов подключена к выходам ПЗУ 12, третья и четвертая группа входов подключены соответственно к первому и второму входам АЛУ 7, выход которого подключен к выходам данных порта обмена данными 9, входы данных которого подключены к выходам данных мультиплексора 10, тактовый вход АЛУ 7 подключен к тактовому входу МП 13.

Устройство для предварительного определения всхожести семян состоит из двух измерительных трактов и тракта анализа и отображения результата. Первый измерительный тракт включает в себя следующие устройства: нелинейный датчик, генераторы импульсов и опорной частоты, калибратор импульсов. Второй тракт включает в себя: нелинейный датчик, прецизионный ОУ и АЦП. Каждый из трактов преобразует изменяющуюся входную аналоговую величину в двоичный цифровой код. Первый тракт преобразует величину изменения емкости, второй величину изменения тока. Цифровая двоичная информация с измерительных трактов поступает на входы тракта анализа и отображения результата: АЛУ и блок индикации.

Устройство работает следующим образом. Объем нелинейного датчика 1 (фиг. 1) заполняется подготовленной пробой семян. Подготовка семян заключается в их замачивании, причем фаза прорастания не достигается. После включения блока электропитания (не входит в состав изобретения), который подает питающее напряжение ± 6В для ОУ и +5В на цифровые элементы устройства, МП 13 (фиг.2) начинает функционировать под управлением микропрограммы, хранимой в своем ОЗУ. На шину адреса выставляется адрес "00", сопровождаемый сигналом "чтение" (лог.0 на выходе "запись/чтение"). По этому адресу мультиплексор 10 транслирует с первой группы входов двоичное значение код, установленный коммутатором 11. Это значение через порт обмена данными 9 поступает в регистр DE МП 13. После этого устройство переходит к первому этапу измерений.

Часть нелинейного датчика 1, работающая по принципу переменного резистора, изменяет под действием помещенной пробы семян свое сопротивление и, соответственно, изменяет величину тока в цепи. Этот ток преобразуется прецизионным ОУ 5 (фиг.1) в соответствующую величину напряжения, которое поступает на вход АЦП 6. АЦП 6 по тактовому входу тактируемый импульсами с первого выхода генератора опорной частоты 4, преобразует аналоговую величину напряжения в цифровой двоичный код. С выхода АЦП 6 этот двоичный код поступает на второй вход АЛУ 7 и передается на четвертую группу входов мультиплексора 10 (фиг.2). МП-13 выставляет на шины адреса адрес "10" и сигнал "чтение" на выходе "запись/чтение". Мультиплексор 10 транслирует двоичное значение код с четвертой группы входов на вход данных порта обмена данными 9 и в регистр BL МП 13. После этого устройство переходит на второй этап измерений.

Часть нелинейного датчика 1, работающая по принципу переменного конденсатора, изменяет под действием помещенной пробы семян свою емкость. Генератор импульсов 2 (фиг.1), выполненный по схеме мультивибратора, формирует импульсы определенной длительности и частоты. Импульсы с выхода генератора 2 поступают на вход сброса калибратора импульсов 3. На счетный вход и вход "разрешение" калибратора импульсов 3 поступают импульсы с первого и третьего выходов генератора опорной частоты 4. Калибратор импульсов 3 проводит подсчет высокостабильных импульсов по счетному входу и по сигналу лог.1 на входе "разрешение" устанавливает это двоичное значение на своем выходе. Частота по счетному входу калибратора импульсов 3 позволяет достаточно точно отслеживать изменения частоты по входу генератора импульсов 2. С выхода калибратора импульсов 3 двоичное значение код поступает на первый вход АЛУ 7 и транслируется на третью группу входов мультиплексора 19 (фиг.2). МП 13 выставляет на шины адреса адрес "01", по которому мультиплексор 10 передает двоичный код с третьей группы входов на вход порта обмена данными 9. Через порт обмена данными 9 по сигналу "чтение" на выходе "запись/чтение" это значение поступает в регистр ВН МП 13.

После появления в регистре BL МП 13 двоичного кода, полученного по первому этапу измерений, МП 13 производит обмен данными через порт обмена данными 9 и мультиплексор 10 по второй группе входов с ПЗУ 12. Адресация ПЗУ 12 производится выставлением адреса "11" на шине адреса и сопровождается сигналом "чтение" (лог.0) на выходе "запись/чтение" МП 13. ПЗУ 12 содержит несколько таблиц двоичных кодов, соответственно количеству позиций коммутатора 11 или количеству видов семян, для которых с помощью данного устройства можно предварительно определить всхожесть. МП 13 обращается к соответствующей таблице в ПЗУ 12 по коду, хранимому в регистре DL и считывает табличный код из ПЗУ 12 в регистр BL МП 13. Аналогично производится выбор поправки из соответствующей таблицы в ПЗУ 12 на основании второго этапа измерений. Считанный код помещается в регистр ВН МП 13. Далее производится логическое сложение содержимых регистров BL и ВН и полученный результат через порт обмена данными 9 передается в блок индикации 8. Для этого на шинах адреса устанавливается адрес "00", сопровождаемый сигналом "запись" (лог.1 на выходе "запись/чтение" МП 13). Блок индикации 8 индицирует показатель всхожести семян в процентах. Выводимые десятичные значения лежат в пределах от 10 до 100 градация показаний ± 0,5%
Частота смены значений, выводимых в блок индикации 8 составляет 5 Гц. При тактировании МП 13 частотой 10 МГц, время, необходимое для обработки значений кодов регистров МП 13, не перекрывает время индикации. Для исключения вероятности появления неистинных результатов, помещаемые в регистры МП 13 значения кодов проверяются на соответствие допустимым, значение которых также находится в соответствующей области ПЗУ 12.

Электропитание устройства для предварительного определения всхожести семян производится либо через блок от сети переменного тока 220 В, либо от двух встроенных источников постоянного тока напряжением 9 В.

Устройство для предварительного определения всхожести семян имеет несложную техническую реализацию на основе серийных деталей и интегральных микросхем (ИМС): генератор импульсов 2 выполнен на ИМС КМ1533ЛАЗ и дискретных RC-элементах, калибратор импульсов 3 на ИМС КМ 1533ИЕ9, генератор опорной частоты 4 выполнен на ИМС КМ1533 Н1, КМ1533ТМ2 и КМ1533ИЕ8, RC-элементах и кварцевом резонаторе, прецизионный ОУ 5 на ИМС 153УД4, АЦП 6 на ИМС 140УД1 и К572ПВ2, порт обмена данными 9 на ИМС К555АП6, мультиплексор 10 и ИМС КМ1533УКП11, в качестве коммутатора 11 используется микропереключатель типа МПН-1, ПЗУ 12 на ИМС 573РФ4, МП 13 на ИМС К1821ВМ85, блок индикации 8 на ИМС КЛЦ 201. Нелинейный датчик 1, в который помещаются подготовленные для исследования семена, представляет собой полый параллелепипед, собранный из листового фольгированного стеклотекстолита. Внутренний объем параллелепипеда разделен на две вертикальные части: верхняя образует конденсатор, нижняя резистор. Настройка устройства для предварительного определения всхожести семян, реализованного на интегральных элементах по предлагаемому техническому решению, проста и не требует их подбора (в отличие от прототипа). Устройство имеет вариант расширения. Данный вариант предусматривает подключение к порту обмена данными, обеспечивающему связь с блоком индикации, интерфейс персональной ЭВМ типа ЕС1841 или IВМ РС. Кроме этого возможна замена ИМС ПЗУ, которая устанавливается в колодку на печатной плате. Это позволит увеличивать количество видов семян для которых определяется всхожесть.

Использование: контрольно-измерительная техника, в частности стационарные и портативные устройства для цифрового преобразования измеряемых параметров в устройствах предварительного определения всхожести семян овощных культур. Сущность изобретения: для повышения точности устройства предварительного определения всхожести семян, последнее состоит из двух измерительных трактов и тракта анализа и отображения результата. Первый измерительный тракт включает в себя следующие устройства: нелинейный датчик, генераторы импульсов и опорной частоты, калибратор импульсов. Второй тракт включает в себя: нелинейный датчик, операционный усилитель и аналогово-цифровой преобразователь. Каждый из трактов преобразует изменяющуюся входную аналоговую величину в двоичный цифровой код. Первый тракт преобразует величину измерения емкости, второй - величину изменения тока. Цифровая двоичная информация с измерительных трактов поступает на входы тракта анализа и отображения результата. 2 ил.

Устройство для предварительного определения всхожести семян, содержащее емкостный и резистивный датчик, генератор импульсов, калибратор, генератор опорной частоты, первый выход которого подключен к счетному входу калибратора импульсов, вход сброса которого подключен к выходу генератора импульсов, вход которого подключен к первому выходу емкостного и резистивного датчика, отличающееся тем, что оно снабжено прецизионным операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем, арифметико-логическим устройством и блоком индикации, вход которого подключен к выходу арифметико-логического устройства, первый и второй входы последнего связаны соответственно с выходами калибратора импульсов и аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу прецизионного операционного усилителя, вход которого подключен к второму выходу емкостного и резистивного датчика, тактовый вход арифметико-логического устройства подключен к второму выходу генератора опорной частоты, первый вход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя.