申请/专利权人：新疆乾坤信息技术有限公司

申请日：2017-11-15

公开（公告）日：2024-02-13

公开（公告）号：CN107655430B

主分类号：G01B17/00

分类号：G01B17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.13#授权;2024.02.02#专利申请权的转移;2018.03.02#实质审查的生效;2018.02.02#公开

摘要：本发明公开了一种粮库粮堆体积测量的装置及方法，包括超声波测距探头、超声波控制电路、主控制板、粮库和粮堆，第S超声波测距探头安装在粮库的后墙上，第S+1超声波测距探头安装在粮库的左墙上，第S+2超声波测距探头……和第S+N超声波测距探头布置在粮库的天花板上，18个超声波测距探头与超声波控制电路一对一连接，超声波控制电路均与主控制板电连接。本发明通过超声波测距获取距离信息，然后将距离信息转换为平面信息，再计算得出体积信息，实现对粮库粮堆的监管，解决智能粮食系统在数量监控方面的缺陷，同时使得粮库管理系统更加全面化和智能化。本发明简单高效、具有测量误差小和运用灵活的优点。

主权项：1.一种粮库粮堆体积测量的装置，包括18个超声波测距探头、超声波控制电路、主控制板、粮库和粮堆，其特征在于：所述18个超声波测距探头包括第S超声波测距探头、第S+1超声波测距探头……和第S+N超声波测距探头，其中，N为小于等于17的正整数，所述粮库内放有粮堆，所述粮堆由规则部分Ⅰ和非规则部分Ⅱ组成，且规则部分Ⅰ设置在非规则部分Ⅱ的底部，所述第S超声波测距探头安装在粮库的后墙上，所述第S+1超声波测距探头安装在粮库的左墙上，所述第S+2超声波测距探头……和所述第S+N超声波测距探头布置在粮库的天花板上，所述超声波控制电路为18个，以第V个超声波控制电路、第V+1个超声波控制电路……和第V+M个超声波控制电路来表示，其中M为小于等于17的正整数，所述18个超声波测距探头与18个超声波控制电路一对一连接，所述18个超声波控制电路均与主控制板电连接；粮库粮堆体积测量采用以下方法，依据超声波测距方法，包括如下步骤：步骤1：根据第S超声波测距探头和第S+1超声波测距探头分别测量粮库的长度和宽度，进而算出粮库的底面积；步骤2：根据粮库天花板上16个超声波测距探头的测量，粮堆最小高度乘以底面积，即为规则部分I的体积；步骤3：粮库内粮堆的体积测量：所述非规则部分II的测量：所述粮库天花板上的第S+2个超声波测距探头至第S+17个超声波测距探头，其中第S+2个超声波测距探头至第S+10个超声波测距探头共9个超声波测距探头的相对位置是固定的，所述9个超声波测距探头用A点、B点、C点、D点、E点、F点、G点、H点和I点，所述A点、B点、C点、D点、F点、G点、H点和I点分别与E点结合形成八个线段这九个点分别和E点结合形成八个线段A,E、B,E、C,E、D,E、F,E、I,E、H,E、G,E、和G,E，如果以E为原点，EF方向的直线为X轴，EB方向的直线为Y轴，经过E点且垂直XY坐标系的直线作为Z轴构建立体坐标系，那么A,E、I,E在AE方向和Z轴形成的平面内；B,E、H,E在Y轴与Z轴形成的平面内；C,E、G,E在CE方向和Z轴形成的平面内；D,E、F,E在X轴与Z轴形成的平面内，在每个平面内，以E为定点，可以得到八个y＝ax2的函数，然后把A、B、C、D、F、I、G、K坐标带入各自的函数，得到八个a，分别是a1～a8；然后求其平均值作为粮堆体积曲线系数A；已知粮堆在平面坐标系中满足二次函数曲线y＝Ax2，那么粮堆体积计算V＝∫π1A*zdz＝πA∫zdz＝π2Az2z轴代表粮堆第二部分体积高度，由超声波测距探头可知；步骤4：将步骤2和步骤3中的规则部分I的体积和非规则部分II的体积相加，即得粮堆的总体积；通过超声波测距手段获取距离信息，然后通过程序算法转换为平面信息，继而变为体积信息，并通过报警器和通信电路与外界进行信息交互，以实现对粮库粮堆的监管。

全文数据：一种粮库粮堆体积测量的装置及方法技术领域[0001]本发明属于粮库粮堆测量技术领域，具体为一种粮库粮堆体积测量的装置及方法。背景技术[0002]随着当下的科学技术的日新月异，越来越多的智能设备运用到我们的日常生活和工作当中，来代替人类繁杂而琐碎的工作。根据国家号召“守住管好天下粮仓、协调推进新四化建设”，自动化设备和智能型设备越来越多的涌入粮仓建设当中，使国家政策落实到地。[0003]现有的智慧粮库的建设主要是针对出入库系统、通风系统、制氮系统、温控系统等的集成管理，对粮库的容积和粮食的体积的管理并不多。但是粮食的体积可以综合反映出很多问题，比如粮食失窃导致体积减少、粮食受潮导致体积膨胀等。现有技术中对粮库的粮堆体积进行测量的装置和方法主要有以下两种：[0004]1、一种平房仓粮堆体积测量装置（中国专利申请CN200920304913.7，其包括平房仓1和粮堆3,平房仓1的粮堆3位于仓的下面，粮堆上表面呈不规则分布，超声波测距仪2按一定数量均匀分布在平房仓的上面，数量以平房仓的大小决定，每隔2-4平方米一个，超声波测距仪探头方向向下;每个超声波测距仪都与一个测量装置4电连接，由测量装置4测量出超声波测距仪的探头到它们粮堆上表面的距离，超声波测距仪再与测量装置电连接。[0005]2、一种基于动态三维激光扫描的大型不规则散粮堆体积测量方法中国专利申请CN2〇1210224186.X，首先在粮仓1顶部中间位置，沿宽度方向布置导轨5;导轨上设有步进电机控制的滑块4,激光雷达3扫描仪安装在滑块4上;滑块从粮仓顶部一端匀速移动至另一%，滑块带动激光雷达扫描仪完成整个散粮堆2表面的扫描;激光雷达3装置为一维扫描装置，实现线扫描并返回坐标数据;主控制电脑6用于给步进电机发射脉冲，对信号进行处理；主控制电脑6得到散粮堆表面的点云数据，根据用户对粮堆2测量所允许的误差值，确定用以计算体积的被扫描点的分布密度，根据客户提供粮食密度，计算散粮堆重量。其通过导轨移动式三维激光扫描空间形貌，生成附以坐标点云图阵，曲面拟合成不规则散粮堆形貌，进而给出其体积。[0006]但是上述第1种测量粮堆体积的装置的测量误差比较大，得出的粮堆体积不准确，不能够很好地对粮堆的体积进行监管;第2种测量粮堆体积测量方法所采用的装置较为复杂，体积计算方式复杂导致监测成本较高，不利于推广使用。发明内容[0007]本发明的目的在于提供一种粮库粮堆体积测量的装置，以解决现有技术中粮库粮堆体积监测不准确、计算方式复杂导致监测成本较高的问题。[ooos]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:一种粮库粮堆体积测量的装置，包括18个超声波测距探头、超声波控制电路、主控制板、粮库和粮堆，所述18个超声波测距探头包括第S超声波测距探头、第S+1超声波测距探头……和第S+N超声波测距探头，其中，N为小于等于17的正整数，所述粮库内放有粮堆，所述粮堆由规则部分〗和非规则部分n组成，且规则部分I设置在非规则部分n的底部，所述第s超声波测距探头安装在粮库的后墙上，所述第S+1超声波测距探头安装在粮库的左墙上，所述第S+2超声波测距探头……和所述第S+17超声波测距探头布置在粮库的天花板上，所述超声波控制电路为18个，以第V个超声波控制电路、第V+1个超声波控制电路……和第V+M个超声波控制电路来表示，其中1^为小于等于17的正整数，所述18个超声波测距探头与18个超声波控制电路一对一连接，所述18个超声波控制电路均与主控制板电连接。[0009]其中，优选地，所述18个超声波测距探头内分别设置有超声波发射器和超声波接收器。[0010]其中，优选地，所述18个超声波测距探头通过精密转台固定在粮库的后墙、左墙和天花板上。[0011]其中，优选地，所述超声波测距探头可由红外测距传感器、激光测距仪或者雷达测距仪所代替。[0012]其中，优选地，所述超声波控制电路内设置有超声波探头驱动电路、超声波返回信号处理电路、内置微处理器和控制通信电路，控制超声波测距探头发出超声波和接收超声波。[0013]其中，优选地，所述主控制板内设置有超声波信号通信电路、微控制器、电源电路和通信电路，所述主控制板内还设置有报警电路，且报警电路与主控制板上的通信电路电连接。[0014]本发明还提供另一种技术方案，以解决现有粮库粮堆体积计算方式复杂的问题，其另一技术方案如下：[0015]—种粮库粮堆体积测量的方法，依据超声波测距方法，包括如下步骤：[0016]步骤1:根据第S超声波测距探头和第S+1超声波测距探头分别测量粮库的长度和宽度，进而算出粮库的底面积；[0017]步骤2:根据粮库天花板上16个超声波测距探头的测量，粮堆最小高度乘以底面积，即为规则部分I的体积；[0018]步骤3:粮库内粮堆的体积测量:所述非规则部分II的测量:所述粮库天花板上的第S+2个超声波测距探头至第S+17个超声波测距探头，其中第S+2个超声波测距探头至第S+10个超声波测距探头共9个超声波测距探头的相对位置是固定的，所述9个超声波测距探头用A点、B点、：点、0点、£点点、6点、11点和1点，所述4点、8点点、0点点、0点、11点和1点分别与E点结合形成八个线段这九个点分别和E点结合形成八个线段A，E、（B，E、（C，E、（D，E、F，©、（I，E、（H，E、G，E、和G，E，如果以E为原点，EF方向的直线为X轴，EB方向的直线为Y轴，经过E点且垂直XY坐标系的直线作为Z轴构建立体坐标系，那么（A，E、（I,E在AE方向和Z轴形成的平面内；（B，E、（H，E在Y轴与Z轴形成的平面内；（C，E、G，E在CE方向和Z轴形成的平面内；（D，E、（F，E在X轴与Z轴形成的平面内，在每个平面内，以E为定点，可以得到八个y=ax2的函数，然后把A、B、C、D、F、I、G、K坐标带入各自的函数，得到八个a，分别是al〜a8;然后求其平均值作为粮堆体积曲线系数A;[0019]已知粮堆在平面坐标系中满足二次函数曲线y=Ax2，那么粮堆体积计算[0020]V=ji1A*zdz=JiAzdz=V2Az2[0021]z轴代表粮堆第二部分体积高度，由超声波测距探头可知；[0022]步骤4:将步骤2和步骤3中的规则部分I的体积和非规则部分n的体积相加，即得粮堆的总体积。[0023]其中，优选地，所述超声波测距方法可由红外测距方法、激光测距方法或雷达测距方法所代替。[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0025]1本发明通过超声波测距手段获取距离信息，计算出粮堆体积，并通过报警器和通信电路与外界进行信息交互，以实现对粮库粮堆的监管，解决了智能粮食系统在数量监控方面的缺陷。[0026]2本发明使得粮库管理系统更加全面化和智能化，本发明简单高效、具有测量误差小，运用灵活的优点。[0027]3本发明通过多个超声波测距探头的融合，极大地减小了粮堆体积的测量误差，提高了测量的准确率，能够更好地对粮堆的体积进行监管。[0028]⑷本发明的成本比较低，适合广泛推广使用。附图说明[0029]图1为现有技术中的一种平房仓粮堆体积测量装置；[0030]图2为现有技术中的一种基于动态三维激光扫描的大型不规则散粮堆体积测量方法；[0031]图3为本发明整体的系统框图；[0032]图4为本发明内部的主控制板框图；[0033]图5为发明超声波控制电路框图；[0034]图6为发明粮库及内部超声波信号示意图；[0035]图7为本发明中9个超声波测距探头固定位置分布情况图。[0036]图3_7中：s-超声波探头;V-超声波控制电路;K-主控制板；1—超声波信号通信电路;2-微控制器;3-电源电路;4-通信电路;5-超声波探头驱动电路;6-超声波返回信号处理电路;7-内置微处理器;8-控制通信电路。具体实施方式[0037]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。[0038]实施例1:[0039]请参阅图3-6，本发明提供一种技术方案:一种粮库粮堆体积测量的装置，包括多个超声波测距探头、超声波控制电路、主控制板、粮库和粮堆，多个超声波测距探头包括第5超声波测距探头、第S+1超声波测距探头……和第S+N超声波测距探头N为超声波测距探头的数量，此处N取17。粮库内放有粮堆，粮堆由规则部分〗和非规则部分n组成，且规则部分i设置在非规则部分n的底部，第s超声波测距探头安装在粮库的后墙上，第s+i超声波测距探头安装在粮库的左墙上，第S+2超声波测距探头……和第S+17超声波测距探头布置在粮库的天花板上。所述超声波控制电路为18个，以第V个超声波控制电路、第V+1个超声波控制电路……和第V+M个超声波控制电路来表示M为超声波控制电路的数量，此处M取17。所述18个超声波测距探头与18个超声波控制电路一对一连接，所述18个超声波控制电路均与主控制板电连接，根据布置在粮库天花板上的16个超声波测距探头根据空粮库和装入粮食后的高度大小对比，算出粮堆的高度，并且在粮食堆积后定期监测可以监测粮堆高度变化。所述超声波测距探头S通过精密转台固定在粮库的后墙、左墙和天花板上，可以根据需要转动超声波测距探头X的角度调整检测精度。所述超声波探头S与超声波控制电路Y—对一连接，所述超声波控制电路V内设置有超声波测距探头驱动电路5、超声波返回信号处理电路6、内置微处理器7和控制通信电路8,超声波测距探头驱动电路5内由中频变压器和变压器控制电路组成，变压器控制电路主要由高速MOS和开关信号组成，开关信号来自于内置微处理器7,声波返回信号处理电路6该部分主要包括信号耦合电路、信号放大电路和信号比较电路，控制通信电路8主要跟主控制板K通信接收控制命令传达控制信息，所述超声波控制电路V均与主控制板K电连接。所述主控制板K内设置有超声波信号通信电路1、微控制器2、电源电路3和通信电路4,所述主控制板K内还设置有报警器，通过超声波信号通信电路1跟超声波控制电路V通信，通过电源电路3为超声波探头S、超声波控制电路V和主控制板K供电，通信电路4与管理系统进行信息交互。[0040]根据以上粮库粮堆体积测量装置，依据超声波测距方法，可推算出粮库粮堆体积测量方法，所述方法包括如下步骤：[0041]步骤1:根据第S超声波测距探头和第S+1超声波测距探头分别测量粮库的长度和宽度，进而算出粮库的底面积；[0042]步骤2:粮堆的规则部分I的体积测量:根据粮库天花板上16个超声波测距探头测量粮堆最小高度乘以底面积，即为粮堆的规则部分I的体积；[0043]步骤3:粮堆的所述非规则部分II的体积测量:所述粮库天花板上的第S+2个超声波测距探头至第S+17个超声波测距探头，其中第S+2个超声波测距探头至第S+10个超声波测距探头共9个超声波测距探头的相对位置是固定的，这9个超声波测距探头用A点、B点、C点、D点、E点、F点、G点、H点和I点，所述A点、B点、C点、D点、F点、G点、H点和I点分别与E点结合形成八个线段这九个点分别和E点结合形成八个线段A，E、（B，E、（C，E、（D，E、（F，E、I,E、（H，E、（G,E、和G，E，如果以E为原点，EF方向的直线为X轴，EB方向的直线为Y轴，经过E点且垂直XY坐标系的直线作为Z轴构建立体坐标系，那么A,E、（I,E在AE方向和Z轴形成的平面内；（B,E、（H,E在Y轴与Z轴形成的平面内；（C，E、G，E在CE方向和Z轴形成的平面内；（D，E、F，E在X轴与Z轴形成的平面内，在每个平面内，以E为定点，可以得到八个y=ax2的函数，然后把A、B、C、D、F、I、G、K坐标带入各自的函数，得到八个a，分别是al〜a8;然后求其平均值作为粮堆体积曲线系数A;[0044]己知粮堆在平面坐标系中满足二次函数曲线y=Ax2,那么粮堆体积计算[0045]V=jilA*zdz=nAzdz=^2Az2[0046]2轴代表粮堆第二部分体积高度，由超声波测距探头可知；[0047]步骤4:将步骤2和步骤3中的规则部分I的体积和非规则部分11的体积相加，即得粮堆的总体积。[0048]本发明中的超声波测距探头可实时对粮堆高度和底面积量进行测量，并根据发明中的粮库粮堆体积测量的方法进行计算粮堆的体积，若粮堆的体积放生了变化，经微控制器2分析处理后，经与主控板K连接的报警器进行现场报警，提醒在场人员注意提高警惕，同时通过通信电路4与管理系统进行交互，及时通知值班人员粮库发生异常，请及时处理。[0049]本发明通过超声波测距手段获取距离信息，然后通过程序算法转换为平面信息，继而变为体积信息，并通过报警器和通信电路与外界进行信息交互，以实现对粮库粮堆的监管，解决了智能粮食系统在数量监控方面的空白，同时使得粮库管理系统更加全面化和智能化，本发明简单高效、具有测量误差小，运用灵活的优点。[0050]实施例2:[0051]在实施例1的基础上，将超声波测距方法可由红外测距、激光测距、雷达测距等测距方法所代替，所述超声波测距探头可由红外测距传感器、激光测距仪或者雷达测距仪所代替。该粮库粮堆体积测量的装置及方法跟实施例1中的原理都相同，在这不一一赘述。[0052]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

权利要求：1.一种粮库粮堆体积测量的装置，包括丨8个超声波测距探头、超声波控制电路、主控制板、粮库和粮堆，其特征在于:所述18个超声波测距探头包括第S超声波测距探头、第S+1超声波测距探头……和第S+N超声波测距探头，其中，N为小于等于17的正整数，所述粮库内放有粮堆，所述粮堆由规则部分I和非规则部分n组成，且规则部分I设置在非规则部分n的底部，所述第s超声波测距探头安装在粮库的后墙上，所述第s+i超声波测距探头安装在粮库的左墙上，所述第S+2超声波测距探头……和所述第S+N超声波测距探头布置在粮库的天花板上，所述超声波控制电路为18个，以第V个超声波控制电路、第V+1个超声波控制电路……和第V+M个超声波控制电路来表示，其中M为小于等于17的正整数，所述18个超声波测距探头与18个超声波控制电路一对一连接，所述18个超声波控制电路均与主控制板电连接。2.根据权利要求1所述的一种粮库粮堆体积测量的装置，其特征在于，所述18个超声波测距探头内分别设置有超声波发射器和超声波接收器。3.根据权利要求1所述的一种粮库粮堆体积测量的装置，其特征在于，所述18个超声波测距探头通过精密转台固定在粮库的后墙、左墙和天花板上。4.根据权利要求3所述的一种粮库粮堆体积测量的装置，其特征在于，所述超声波测距探头可由红外测距传感器、激光测距仪或者雷达测距仪所代替。5.根据权利要求1所述的一种粮库粮堆体积测量的装置，其特征在于，所述超声波控制电路内设置有超声波探头驱动电路、超声波返回信号处理电路、内置微处理器和控制通信电路，控制超声波测距探头发出超声波和接收超声波。6.根据权利要求1所述的一种粮库粮堆体积测量的装置，其特征在于，所述主控制板内设置有超声波信号通信电路、微控制器、电源电路和通信电路，所述主控制板内还设置有报警电路，且报警电路与主控制板上的通信电路电连接。7.根据权利要求1所述的一种粮库粮堆体积测量的方法，其特征在于，依据超声波测距方法，包括如下步骤：步骤1:根据第S超声波测距探头和第S+1超声波测距探头分别测量粮库的长度和宽度，进而算出粮库的底面积；步骤2:根据粮库天花板上16个超声波测距探头的测量，粮堆最小高度乘以底面积，即为规则部分I的体积；步骤3:粮库内粮堆的体积测量:所述非规则部分II的测量:所述粮库天花板上的第S+2个超声波测距探头至第S+17个超声波测距探头，其中第S+2个超声波测距探头至第S+10个超声波测距探头共9个超声波测距探头的相对位置是固定的，所述9个超声波测距探头用A点、B点、C点、D点、E点、F点、G点、H点和I点，所述A点、B点、C点、D点、F点、G点、H点和I点分别与E点结合形成八个线段这九个点分别和E点结合形成八个线段A,E、（B，E、（C，E、（D，E、F，E、（I,®、（H,E、G，E、和G，E，如果以E为原点，EF方向的直线为X轴，EB方向的直线为Y轴，经过E点且垂直XY坐标系的直线作为Z轴构建立体坐标系，那么A，E、（I，E在AE方向和Z轴形成的平面内；（B，E、（H，E在Y轴与Z轴形成的平面内；（C，E、G，E在CE方向和Z轴形成的平面内；（D，E、（F，E在X轴与Z轴形成的平面内，在每个平面内，以E为定点，可以得到八个y=ax2的函数，然后把六、8、：、0、「、1、6、1坐标带入各自的函数，得到八个^分别是al〜a8;然后求其平均值作为粮堆体积曲线系数A;己知粮堆在平面坐标系中满足二次函数2曲线7=尥，那么粮堆体积计算V=丌（1A*zdz=3TAi"zdz=V2Azz轴代表粮堆第二部分体积高度，由超声波测距探头可知；步骤4:将步骤2和步骤3中的规则部分1的体积和非规则部分II的体积相加，即得粮堆的总体积。8.根据权利要7所述的一种粮库粮堆体积测量的方法，其特征在于，所述超声波测距方法可由红外测距方法、激光测距方法或雷达测距方法所代替

百度查询： 新疆乾坤信息技术有限公司 一种粮库粮堆体积测量的装置及方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD