CN202033322U - 高精度数字化棉花水分智能检测仪 - Google Patents
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Abstract
一种高精度数字化棉花水分智能检测仪，从根本上解决现有棉花水分测定仪存在的操作繁琐，体积较大，携带不方便，显示不直观等问题。它包括测量传感器、参考电容、数字温度传感器、单片机、上位机和显示模块，其技术要点是：还具有阻容脉冲转换电路和RS485通讯模块。该仪器采用阻容脉冲转换（RC/F），RS485通讯模块等技术，实现了水分传感器的“全程数字化”，工作效率高、不伤棉花、便于携带、硬件结构简单、大大降低了***硬件的复杂性，功能强大、精度高、可靠性高，大大提高了检测信号的抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及棉纤维水分检测***，特别是一种高精度数字化棉花水分智能检测仪。
背景技术
棉纤维的含水率是影响棉花加工质量的一个关键参数，也是棉花加工质量监控***中的一项重要控制参考量。棉花水分的测定方法可以分为直接法和间接法两大类。由于间接法具有快速及可连续测定的特点，因此多年来得到了不断的发展，是国内外棉花水分测量仪主流。典型的棉花水分间接测量仪有微波式、红外线式、CCD（黑白摄像）式、电容式和电阻式。
我国目前使用的棉花水分测定仪，基本上是一九五六年研制的电阻式测定仪，存在着操作繁琐，体积较大，携带不方便，显示不直观等缺陷。因此研制一种从根本上解决以上缺陷的仪器，已势在必行。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了提供一种在棉花加工过程中检测含水率的高精度数字化棉花水分智能检测仪，从根本上解决现有棉花水分测定仪存在的操作繁琐，体积较大，携带不方便，显示不直观等问题。
本实用新型的技术方案是：该高精度数字化棉花水分智能检测仪，包括测量传感器、参考电容、数字温度传感器、单片机、上位机和显示模块，其特征在于：还具有阻容脉冲转换电路和RS485通讯模块；
所述测量传感器为待测电容，待测电容为变介电常数式可变电容器；
所述待测电容和参考电容分别接入阻容脉冲转换电路，则所述待测电容和参考电容分别产生脉冲信号，脉冲信号的脉冲数与电容的容值负相关，两列脉冲序列的脉冲数之差与待测物料的水分正相关；
所述数字温度传感器与所述阻容脉冲转换电路分别连接到所述单片机的输入端，则所述单片机通过计数器检测到所述阻容脉冲转换电路产生的脉冲数之差，并将此数连同所述数字温度传感器产生的温度测量值通过RS485通讯模块的串行总线传送给所述上位机；
所述上位机可通过RS485/RS232转换模块接受最多256个下位水分传感器的数据，对数值进行归一化处理后，再进行非线性校正和温度补偿，产生棉花的水分测量值，最后通过显示模块显示。
所述阻容脉冲转换电路是利用一片CMOS定时器TLC555，配上HS1100和两个电阻构成单稳态电路，将相对湿度转换成频率信号。
所述上位机对归一化处理后的数值进行非线性校正和温度补偿时，采用BP人工神经网络技术；所述BP人工神经网络的权矩阵和阈值向量可通过离线训练和在线修正的方法获得；检测***采用了利用大量实验数据离线训练的拓扑结构的BP人工神经网络进行软件校正和补偿，网络的输入为水分传感器的测量输出的归一化数值，网络的输出值为棉花的水分。
本实用新型的优点及积极的技术效果是：该仪器采用阻容脉冲转换（RC/F），RS485通讯模块等技术，实现了水分传感器的“全程数字化”， 工作效率高、不伤棉花、便于携带、硬件结构简单、大大降低了***硬件的复杂性，功能强大、精度高、可靠性高，大大提高了检测信号的抗干扰能力。
附图说明
下面将结合附图对本实用新型作进一步详细说明：
图1是本实用新型棉花水分检测***硬件原理框图；
图2是阻容脉冲转换电路原理图。
具体实施方式
根据图1对本实用新型作详细描述。该检测仪适用于棉花加工过程中棉花中水分含量的检测，以达到棉花加工的质量监控的目的。工作时，当电容传感器以棉花为介质时随棉花水分的变化导致电容的电容值不同这一特点来进行棉花（籽棉）含水率的非电量转换。
高精度数字化棉花水分智能检测仪的结构组成如图1所示：主要由测量传感头(待测电容)、参考电容、阻容脉冲转换电路、单片微机、RS485通讯模块、数字温度传感器、上位计算机等组成。待测电容和参考电容分别接入阻容转换电路，经阻容转换电路转换出的两个脉冲信号送入单片机，数字温度传感器连在单片机上，上位机和单片机之间通过RS485总线技术实现多机通信，上位机将数据处理后在显示模块上显示。阻容脉冲转换电路是利用一片CMOS定时器TLC555，配上HS1100和两个电阻R1、R2构成单稳态电路，将相对湿度转换成频率信号。
元器件型号：测量传感头HS1100，阻容转换电路采用555为核心芯片，上位机和单片机采用SPCE061A-PLCC84，数字传感器DS18B20。
该高精度数字化棉花水分智能检测仪的工作过程：待测电容和参考电容分别产生脉冲信号，脉冲信号的脉冲数与电容的容值负相关，一定时间内两列脉冲序列的脉冲数之差与待测物料的水分正相关；单片机通过计数器检测在一定时间内的脉冲数差，将此数连同数字温度传感器产生的温度测量值通过RS485串行总线发给上位机。上位机可同时通过RS485/RS232转换模块接受最多256个下位水分传感器的数据，对数值进行归一化处理后，再进行非线性校正和温度补偿产生棉花的水分测量值，在显示模块即液晶显示屏上显示。
本申请中上位机对归一化处理后的数值进行非线性校正和温度补偿时，采用BP人工神经网络技术： BP人工神经网络的权矩阵和阈值向量可通过离线训练和在线修正的方法获得；检测***采用了利用大量实验数据离线训练的拓扑结构的BP人工神经网络进行软件校正和补偿，网络的输入为水分传感器的测量输出的归一化数值，网络的输出值为棉花的水分。
Claims (2)
1.一种高精度数字化棉花水分智能检测仪，包括测量传感器、参考电容、数字温度传感器、单片机、上位机和显示模块，其特征在于：还具有阻容脉冲转换电路和RS485通讯模块；
所述测量传感器为待测电容，待测电容为变介电常数式可变电容器；
所述待测电容和参考电容分别接入阻容脉冲转换电路，则所述待测电容和参考电容分别产生脉冲信号，脉冲信号的脉冲数与电容的容值负相关，两列脉冲序列的脉冲数之差与待测物料的水分正相关；
所述数字温度传感器与所述阻容脉冲转换电路分别连接到所述单片机的输入端，则所述单片机通过计数器检测到所述阻容脉冲转换电路产生的脉冲数之差，并将此数连同所述数字温度传感器产生的温度测量值通过RS485通讯模块的串行总线传送给所述上位机；
所述上位机可通过RS485/RS232转换模块接受最多256个下位水分传感器的数据，对数值进行归一化处理后，再进行非线性校正和温度补偿，产生棉花的水分测量值，最后通过显示模块显示。
2.根据权利要求1所述的高精度数字化棉花水分智能检测仪，其特征在于：所述阻容脉冲转换电路是利用一片CMOS定时器TLC555，配上HS1100和两个电阻构成单稳态电路，将相对湿度转换成频率信号。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109143053A (zh) * | 2018-08-23 | 2019-01-04 | 国网河北省电力有限公司沧州供电分公司 | 温度补偿校验方法及终端设备 |
| CN109781802A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-21 | 北京佳华储良科技有限公司 | 一种电容式传感器 |
| CN110319874A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 上海凡宜科技电子有限公司 | 感测储槽***的环境参数的装置及方法 |
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2011
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