CN102331446A - 在线式谷物水分测量装置 - Google Patents

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王剑平
高飞
盖玲
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Abstract

本发明公开了一种在线式谷物水分测量装置。包括电容式传感器、信号转换电路、温度信号采集电路、单片机处理单元、按键和液晶显示器；电容式传感器经信号转换电路与单片机处理单元相连，温度信号采集电路与单片机处理单元直接相连，按键和液晶显示器分别与单片机处理单元相连。本发明电路简单，仅仅使用了一个AT89S5X系列芯片以及一些简单的***器件，并且通过软件补偿系数将温度、谷物种类因素对含水率测量的影响考虑进去，具有较高的灵活性和实用性。本发明为一种实用的、价格非常低廉的谷物水分在线测量装置，可测量农业生产的颗粒状产品，如稻谷，大米，大豆，大麦，小麦，玉米等。

Description

在线式谷物水分测量装置
技术领域
本发明涉及一种谷物水分测量装置，尤其是涉及采用电容法的一种在线实时测量谷物水分的装置。
背景技术
谷物干燥是粮食及农产品加工中的一个重要环节。据统计，我国每年农作物霉烂损失达500万～1000万t，估计占谷物总产量的1.5%～3%。梅雨季节较长的南方省份（如江苏、浙江、安徽、湖北及上海等地），每年粮食霉烂损失高达10%左右。但迄今为止，谷物干燥在我国的农业生产中还是个比较薄弱的环节。主要问题是：干燥能力不足、效率低下和干燥后的物料品质差。而研制完善的自动控制设备对保持谷物烘后品质、降低作业成本及提高生产率是又重要的意义。因而，快速、准确、实时地测量谷物水分又是实现谷物干燥过程自动控制的关键。
目前，测量谷物水分含量的仪器主要有电阻式谷物水分传感器、电容式谷物水分在线测量传感器、红外线吸收式谷物水分传感器、微波式谷物水分在线测量装置和中子式谷物水分在线测量装置等。电阻式水分传感器在测量时要把样品粉碎，是破坏性测量，而且测量时间较长，不能测量出高水分含量。电阻式传感器可用于作为商品粮或饲料干燥的谷物干燥机初级谷物水分的监测，但不适用于种子干燥及控制精度要求高德谷物干燥过程的控制；红外线吸收式谷物水分传感器为非接触测量形式，易于快速连续测量水分，但因受被测物料的形状、大小、密度的影响，不能测量物料内部的水分；微波式谷物水分在线测量装置可实现快速连续测定，但也受被测物料的形状、密度的影响，且价格较高；中子式谷物水分在线测量装置不会破坏物料的结构，不影响物料的正常运动状态，不用取样，是一种比较先进的在线水分测量方法，但其价格较高，而且需要采取防护措施，以免中子泄露，适用于大型谷物干燥***；相比起来，电容式谷物水分在线传感器具有结构简单，价格低廉，操作方便、坚固等优点，适于实时测试，所以用得较多。
电容法测谷物含水率的原理是：电容C与介质的介电常数ε、极板的相对面积S、两极板间的距离d等有关，当S，d为恒定值时，则有C=f(ε)。可安全存储谷物的介电常数一般为2～3，水的介电常数为80.37（20℃）。电容式水分传感器以一定含水率的谷物为介质，含水率的变化会引起谷物介电常数的变化，从而引起承载一定谷物的容器的电容量的变化，检测出电容量的信号再予以处理，即对应含水率的值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线式谷物水分测量装置，弥补了其他方法实时测量谷物水分的不足的缺陷，同时也解决了现存电容式水分测量方法难以克服温度和物料种类因素影响的问题。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括电容式传感器、信号转换电路、温度信号采集电路、单片机处理单元、按键和液晶显示器；电容式传感器经信号转换电路与单片机处理单元相连，温度信号采集电路与单片机处理单元直接相连，按键和液晶显示器分别与单片机处理单元相连。
所述信号转换电路采用由CAV444芯片及其周围电路构成，其中测量水分的电容式传感器接CAV444芯片的第12脚，电容式传感器的电容信号经CAV444处理后由第5脚输出接单片机处理单元AT89S5X芯片的P3.0口。
所述温度信号采集电路由电阻式温度传感器PT100及其周围处理电路构成，温度变化的电阻信号经ADOP07和AD620AD两级放大处理后通过TCL2543芯片转换接单片机P1.0口。
所述的单片机处理单元采用AT89S5X系列单片机。
所述的按键为4*4矩阵式输入键盘，键盘上的八根引线分别与单片机AT89S5X芯片的P0.0-P0.7口相连。
所述的液晶显示器型号为LM2068，液晶显示器上的八根数据引线DB0~DB7分别与单片机AT89S5X芯片的P.2.0~P2.7相连，液晶显示器的CS,RS,WR,RD,RST引线接单片机芯片的P3.6，P3.7，P2.7，PSEN,ALE口。
本发明具有的有益效果是：
本发明电路简单，仅仅使用了一个AT89S5X系列芯片以及一些简单的***器件，并且通过软件补偿系数将温度、谷物种类因素对含水率测量的影响考虑进去，具有较高的灵活性和实用性。本发明为一种实用的、价格非常低廉的谷物水分在线测量装置，可测量农业生产的颗粒状产品，如稻谷，大米，大豆，大麦，小麦，玉米等。
附图说明
图1是在线式谷物水分测量装置结构框图。
图2是本发明的信号转换电路图。
图3是本发明的温度信号采集电路图。
图4是本发明的单片机处理单元电路图。
图5是本发明的按键电路图。
图6是本发明的液晶显示器电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明包括电容式传感器、信号转换电路、温度信号采集电路、单片机处理单元、按键和液晶显示器；电容式传感器经信号转换电路与单片机处理单元相连，温度信号采集电路与单片机处理单元直接相连，按键和液晶显示器分别与单片机处理单元相连。
如图2所示，所述信号转换电路采用由CAV444芯片及其周围电路构成，其中测量水分的电容式传感器接CAV444芯片的第12脚，电容式传感器的电容信号经CAV444处理后由第5脚输出接单片机处理单元AT89S5X芯片的P3.0口。
所述的信号转换电路将反映水分含量的电容信号转换为电压信号，再与单片机处理单元连接，信号转换电路由CAV44芯片内部构成多谐振电路实现了C/F变换，其谐振频率公式为fx =1.44/RCx(Cx 为所求电容量，R为电阻值)，用压频——频压变换器的频压电路进行F/V转换，有Vx=Mfx（mv)（fx单位（Hz）,M为常量），经过这样的变换将电容信号转换成电压信号Vx。
如图3所示，所述温度信号采集电路由电阻式温度传感器PT100及其周围处理电路构成，温度变化的电阻信号经ADOP07和AD620AD两级放大处理后通过TCL2543芯片转换接单片机P1.0口。
温度信号采集电路通过温度传感器及处理电路采集温度变化信号，与单片机处理单元相连，温度信号采集电路会将当前谷物温度值送给单片机，单片机会根据这个温度值所在的范围来分配一个补偿系数，这样可以消除温度因素对谷物水分监测的影响。
如图4所示，所述的单片机处理单元采用AT89S5X系列单片机。
如图5所示，所述的按键为4*4矩阵式输入键盘，键盘上的八根引线分别与单片机AT89S5X芯片的P0.0-P0.7口相连。通过键盘输入不同待测谷物种类代码，单片机内部软件选择不同的补偿值来实现多种谷物水分测量。
如图6所示，所述的液晶显示器型号为LM2068，液晶显示器上的八根数据引线DB0~DB7分别与单片机AT89S5X芯片的P.2.0~P2.7相连，液晶显示器的CS,RS,WR,RD,RST引线接单片机芯片的P3.6，P3.7，P2.7，PSEN,ALE口。液晶屏幕会实时的现实当前谷物温度，谷物种类以及谷物水分含量值。
本发明的工作原理：
当要进行烘干一种谷物时，现场人员需提前将该谷物种类对应的代码通过键盘输入到在线谷物水分测试仪里，比如代码A对应的是小麦，B对应的是玉米等等，在烘干刚刚收获的小麦时，测试仪会显示“请输入待干燥的谷物种类”，然后根据提示现场人员通过键盘将A输入测试仪，这时候测试仪会显示“当前正在烘干的是小麦”字样，同时测试仪开始进行温度和湿度信号的采样，测试仪内部单片机会根据输入值以及采样的温度和湿度信号经过运算补偿温度和物料种类的因素影响后得出当前被处理谷物的水分含量，并将其数值给予显示，几秒钟后测试仪屏幕显示“当前小麦温度是**℃”字样和“当前小麦水分含量是**%”字样。谷物温度值和水分值会随着干燥的进行儿不断变化，如果要换其他种类的谷物进行干燥，请通过按键输入ESC,B并根据提示输入另一种物料种类的对应代码已经行新一轮的干燥。该发明装置结构简单，操作方便易行，具有良好的实用性和适用性。

Claims (6)

1.一种在线式谷物水分测量装置，其特征在于：包括电容式传感器、信号转换电路、温度信号采集电路、单片机处理单元、按键和液晶显示器；电容式传感器经信号转换电路与单片机处理单元相连，温度信号采集电路与单片机处理单元直接相连，按键和液晶显示器分别与单片机处理单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种在线式谷物水分测量装置，其特征在于：所述信号转换电路采用由CAV444芯片及其周围电路构成，其中测量水分的电容式传感器接CAV444芯片的第12脚，电容式传感器的电容信号经CAV444芯片处理后由第5脚输出，接单片机处理单元AT89S5X芯片的P3.0口。
3.根据权利要求1所述的一种在线式谷物水分测量装置，其特征在于：所述温度信号采集电路由电阻式温度传感器PT100及其周围处理电路构成，温度变化的电阻信号经ADOP07和AD620AD两级放大处理后通过TCL2543芯片转换接单片机P1.0口。
4.根据权利要求1中所述的一种在线式谷物水分测量装置，其特征在于：所述的单片机处理单元采用AT89S5X系列单片机。
5.根据权利要求1中所述的一种在线式谷物水分测量装置，其特征在于：所述的按键为4*4矩阵式输入键盘，键盘上的八根引线分别与单片机AT89S5X芯片的P0.0-P0.7口相连。
6.根据权利要求1中所述的一种在线式谷物水分测量装置，其特征在于：所述的液晶显示器型号为LM2068，液晶显示器上的八根数据引线DB0~DB7分别与单片机AT89S5X芯片的P.2.0~P2.7相连，液晶显示器的CS,RS,WR,RD,RST引线接单片机芯片的P3.6，P3.7，P2.7，PSEN，ALE口。
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