專利名稱：在線式谷物水分測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種谷物水分測量裝置，尤其是涉及采用電容法的一種在線實時測量谷物水分的裝置。
背景技術(shù)：
谷物干燥是糧食及農(nóng)產(chǎn)品加工中的一個重要環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，我國每年農(nóng)作物霉?fàn)€損失達500萬 1000萬t，估計占谷物總產(chǎn)量的1. 5% 3%。梅雨季節(jié)較長的南方省份(如江蘇、浙江、安徽、湖北及上海等地)，每年糧食霉?fàn)€損失高達10%左右。但迄今為止，谷物干燥在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中還是個比較薄弱的環(huán)節(jié)。主要問題是干燥能力不足、效率低下和干燥后的物料品質(zhì)差。而研制完善的自動控制設(shè)備對保持谷物烘后品質(zhì)、降低作業(yè)成本及提高生產(chǎn)率是又重要的意義。因而，快速、準(zhǔn)確、實時地測量谷物水分又是實現(xiàn)谷物干燥過程自動控制的關(guān)鍵。目前，測量谷物水分含量的儀器主要有電阻式谷物水分傳感器、電容式谷物水分在線測量傳感器、紅外線吸收式谷物水分傳感器、微波式谷物水分在線測量裝置和中子式谷物水分在線測量裝置等。電阻式水分傳感器在測量時要把樣品粉碎，是破壞性測量，而且測量時間較長，不能測量出高水分含量。電阻式傳感器可用于作為商品糧或飼料干燥的谷物干燥機初級谷物水分的監(jiān)測，但不適用于種子干燥及控制精度要求高德谷物干燥過程的控制；紅外線吸收式谷物水分傳感器為非接觸測量形式，易于快速連續(xù)測量水分，但因受被測物料的形狀、大小、密度的影響，不能測量物料內(nèi)部的水分；微波式谷物水分在線測量裝置可實現(xiàn)快速連續(xù)測定，但也受被測物料的形狀、密度的影響，且價格較高；中子式谷物水分在線測量裝置不會破壞物料的結(jié)構(gòu)，不影響物料的正常運動狀態(tài)，不用取樣，是一種比較先進的在線水分測量方法，但其價格較高，而且需要采取防護措施，以免中子泄露，適用于大型谷物干燥系統(tǒng)；相比起來，電容式谷物水分在線傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，操作方便、堅固等優(yōu)點，適于實時測試，所以用得較多。電容法測谷物含水率的原理是電容C與介質(zhì)的介電常數(shù)ε、極板的相對面積S、 兩極板間的距離d等有關(guān)，當(dāng)S，d為恒定值時，則有C=f ( ε )?？砂踩鎯任锏慕殡姵?shù)一般為2 3，水的介電常數(shù)為80. 37 (20°C)。電容式水分傳感器以一定含水率的谷物為介質(zhì)，含水率的變化會引起谷物介電常數(shù)的變化，從而引起承載一定谷物的容器的電容量的變化，檢測出電容量的信號再予以處理，即對應(yīng)含水率的值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在線式谷物水分測量裝置，彌補了其他方法實時測量谷物水分的不足的缺陷，同時也解決了現(xiàn)存電容式水分測量方法難以克服溫度和物料種類因素影響的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括電容式傳感器、信號轉(zhuǎn)換電路、溫度信號采集電路、單片機處理單元、按鍵和液晶顯示器；電容式傳感器 經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路與單片機處理單元相連，溫度信號采集電路與單片機處理單元直接相連，按鍵和液晶顯示器分別與單片機處理單元相連。所述信號轉(zhuǎn)換電路采用由CAV444芯片及其周圍電路構(gòu)成，其中測量水分的電容式傳感器接CAV444芯片的第12腳，電容式傳感器的電容信號經(jīng)CAV444處理后由第5腳輸出接單片機處理單元AT89S5X芯片的P3. 0 口。所述溫度信號采集電路由電阻式溫度傳感器PT100及其周圍處理電路構(gòu)成，溫度變化的電阻信號經(jīng)AD0P07和AD620AD兩級放大處理后通過TCL2543芯片轉(zhuǎn)換接單片機 Pl. 0 □。所述的單片機處理單元采用AT89S5X系列單片機。所述的按鍵為4*4矩陣式輸入鍵盤，鍵盤上的八根引線分別與單片機AT89S5X芯片的P0. 0-P0. 7 口相連。所述的液晶顯示器型號為LM2068，液晶顯示器上的八根數(shù)據(jù)引線DB(TDB7分別與單片機AT89S5X芯片的P. 2. (ΓΡ2. 7相連，液晶顯示器的CS，RS, WR, RD, RST引線接單片機芯片的 P3. 6，P3. 7，P2. 7，PSEN, ALE 口。本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明電路簡單，僅僅使用了一個AT89S5X系列芯片以及一些簡單的外圍器件，并且通過軟件補償系數(shù)將溫度、谷物種類因素對含水率測量的影響考慮進去，具有較高的靈活性和實用性。本發(fā)明為一種實用的、價格非常低廉的谷物水分在線測量裝置，可測量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的顆粒狀產(chǎn)品，如稻谷，大米，大豆，大麥，小麥，玉米等。


圖1是在線式谷物水分測量裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換電路圖。圖3是本發(fā)明的溫度信號采集電路圖。圖4是本發(fā)明的單片機處理單元電路圖。圖5是本發(fā)明的按鍵電路圖。圖6是本發(fā)明的液晶顯示器電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做出進一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明包括電容式傳感器、信號轉(zhuǎn)換電路、溫度信號采集電路、單片機處理單元、按鍵和液晶顯示器；電容式傳感器經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路與單片機處理單元相連，溫度信號采集電路與單片機處理單元直接相連，按鍵和液晶顯示器分別與單片機處理單元相連。如圖2所示，所述信號轉(zhuǎn)換電路采用由CAV444芯片及其周圍電路構(gòu)成，其中測量水分的電容式傳感器接CAV444芯片的第12腳，電容式傳感器的電容信號經(jīng)CAV444處理后由第5腳輸出接單片機處理單元AT89S5X芯片的P3. 0 口。所述的信號轉(zhuǎn)換電路將反映水分含量的電容信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再與單片機處理單元連接，信號轉(zhuǎn)換電路由CAV44芯片內(nèi)部構(gòu)成多諧振電路實現(xiàn)了 C/F變換，其諧振頻率公式為fx =1. 44/RCx(Cx為所求電容量，R為電阻值)，用壓頻一頻壓變換器的頻壓電路進行F/V轉(zhuǎn)換，有Vx=Mfx (mv) (fx單位(Hz)，M為常量)，經(jīng)過這樣的變換將電容信號轉(zhuǎn)換成電壓信號Vx。如圖3所示， 所述溫度信號采集電路由電阻式溫度傳感器PT100及其周圍處理電路構(gòu)成，溫度變化的電阻信號經(jīng)AD0P07和AD620AD兩級放大處理后通過TCL2543芯片轉(zhuǎn)換接單片機P1.0 口。溫度信號采集電路通過溫度傳感器及處理電路采集溫度變化信號，與單片機處理單元相連，溫度信號采集電路會將當(dāng)前谷物溫度值送給單片機，單片機會根據(jù)這個溫度值所在的范圍來分配一個補償系數(shù)，這樣可以消除溫度因素對谷物水分監(jiān)測的影響。如圖4所示，所述的單片機處理單元采用AT89S5X系列單片機。如圖5所示，所述的按鍵為4*4矩陣式輸入鍵盤，鍵盤上的八根引線分別與單片機 AT89S5X芯片的P0. 0-P0. 7 口相連。通過鍵盤輸入不同待測谷物種類代碼，單片機內(nèi)部軟件選擇不同的補償值來實現(xiàn)多種谷物水分測量。如圖6所示，所述的液晶顯示器型號為LM2068，液晶顯示器上的八根數(shù)據(jù)引線 DB0 DB7分別與單片機AT89S5X芯片的P. 2. (ΓΡ2. 7相連，液晶顯示器的CS，RS, WR, RD, RST 引線接單片機芯片的P3. 6，P3. 7，P2. 7，PSEN, ALE 口。液晶屏幕會實時的現(xiàn)實當(dāng)前谷物溫度，谷物種類以及谷物水分含量值。本發(fā)明的工作原理
當(dāng)要進行烘干一種谷物時，現(xiàn)場人員需提前將該谷物種類對應(yīng)的代碼通過鍵盤輸入到在線谷物水分測試儀里，比如代碼A對應(yīng)的是小麥，B對應(yīng)的是玉米等等，在烘干剛剛收獲的小麥時，測試儀會顯示“請輸入待干燥的谷物種類”，然后根據(jù)提示現(xiàn)場人員通過鍵盤將A 輸入測試儀，這時候測試儀會顯示“當(dāng)前正在烘干的是小麥”字樣，同時測試儀開始進行溫度和濕度信號的采樣，測試儀內(nèi)部單片機會根據(jù)輸入值以及采樣的溫度和濕度信號經(jīng)過運算補償溫度和物料種類的因素影響后得出當(dāng)前被處理谷物的水分含量，并將其數(shù)值給予顯示，幾秒鐘后測試儀屏幕顯示“當(dāng)前小麥溫度是**°C”字樣和“當(dāng)前小麥水分含量是**%”字樣。谷物溫度值和水分值會隨著干燥的進行兒不斷變化，如果要換其他種類的谷物進行干燥，請通過按鍵輸入ESC，B并根據(jù)提示輸入另一種物料種類的對應(yīng)代碼已經(jīng)行新一輪的干燥。該發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便易行，具有良好的實用性和適用性。
權(quán)利要求
1.一種在線式谷物水分測量裝置，其特征在于包括電容式傳感器、信號轉(zhuǎn)換電路、溫度信號采集電路、單片機處理單元、按鍵和液晶顯示器；電容式傳感器經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路與單片機處理單元相連，溫度信號采集電路與單片機處理單元直接相連，按鍵和液晶顯示器分別與單片機處理單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線式谷物水分測量裝置，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換電路采用由CAV444芯片及其周圍電路構(gòu)成，其中測量水分的電容式傳感器接CAV444芯片的第12腳，電容式傳感器的電容信號經(jīng)CAV444芯片處理后由第5腳輸出，接單片機處理單元 AT89S5X 芯片的 P3. O 口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線式谷物水分測量裝置，其特征在于所述溫度信號采集電路由電阻式溫度傳感器PTlOO及其周圍處理電路構(gòu)成，溫度變化的電阻信號經(jīng) AD0P07和AD620AD兩級放大處理后通過TCL2543芯片轉(zhuǎn)換接單片機Pl. 0 口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線式谷物水分測量裝置，其特征在于所述的單片機處理單元采用AT89S5X系列單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線式谷物水分測量裝置，其特征在于所述的按鍵為4*4矩陣式輸入鍵盤，鍵盤上的八根引線分別與單片機AT89S5X芯片的P0. 0-P0. 7 口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種在線式谷物水分測量裝置，其特征在于所述的液晶顯示器型號為LM2068，液晶顯示器上的八根數(shù)據(jù)引線DBCTDB7分別與單片機AT89S5X芯片的P. 2. 0 Ρ2· 7相連，液晶顯示器的CS, RS, WR, RD, RST引線接單片機芯片的Ρ3. 6，Ρ3. 7， Ρ2. 7，PSEN，ALE 口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線式谷物水分測量裝置。包括電容式傳感器、信號轉(zhuǎn)換電路、溫度信號采集電路、單片機處理單元、按鍵和液晶顯示器；電容式傳感器經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路與單片機處理單元相連，溫度信號采集電路與單片機處理單元直接相連，按鍵和液晶顯示器分別與單片機處理單元相連。本發(fā)明電路簡單，僅僅使用了一個AT89S5X系列芯片以及一些簡單的外圍器件，并且通過軟件補償系數(shù)將溫度、谷物種類因素對含水率測量的影響考慮進去，具有較高的靈活性和實用性。本發(fā)明為一種實用的、價格非常低廉的谷物水分在線測量裝置，可測量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的顆粒狀產(chǎn)品，如稻谷，大米，大豆，大麥，小麥，玉米等。
文檔編號G01N27/22GK102331446SQ20111031124
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者王劍平, 蓋玲, 高飛 申請人:浙江大學(xué)