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基于单片机的便携式粮食水分测试仪的研究

作　者: 付鹤翔
导　师: 郭文川
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 粮食单片机含水率数据融合数学模型
分类号: S379.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 129次
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内容摘要

粮食是人类生存的物质基础,粮食中水分含量的多少是粮食安全贮存和加工工艺选择的主要依据,因此粮食水分的检测对于粮食加工具有重要意义。目前,常用粮食水分检测方法主要有直接法和间接法,但多受限于设备体积大、检测时间长、价格昂贵等因素的影响,不能在粮食储藏、收购和运输过程中推广应用。特别是在个体交易过程中,多采用主观判断的方法,无法保证粮食具有适宜的含水率值,常因水分含量过高导致粮食霉变、发热而造成巨大的损失。为此,在总结前人研究结果的基础上,以杂绿豆为对象,研究了含水率、温度和容积密度对介电特性的影响;进而以AT89S52单片机为核心,同轴圆柱型电容器为介电特性检测装置,DS18B20为温度检测元件,应变式传感器为质量检测元件,以Keil C51为开发软件,设计了一种便携式粮食水分检测仪,并对仪器检测精度进行了检验。本研究的主要内容与结果如下:(1)在研究了各种检测方法的检测原理和技术特点的基础上,分析了造价低廉、灵敏度较高的电容检测法测量含水率的理论依据,并以此作为检测介电特性的方法。(2)以绿豆为试验对象,分别研究了绿豆在不同频率下,电容、含水率、温度和容积密度的关系。以自由落体状态下的容积密度为初始容积密度值,并在初始容积密度下,建立了被测绿豆的温度、含水率和电容值的数学模型。(3)设计了以AT89S52单片机为核心处理器的硬件检测系统。该系统主要包括温度检测电路、电容检测电路、容积密度检测电路、A/D转换电路、液晶显示电路和键盘控制电路。系统能够实现对绿豆电容、温度和容积密度的检测,并显示被测绿豆样品的含水率值。此外,开发了程序下载电路和串口通信电路,用以完善后续系统并将数据传输给PC机。(4)采用Keil C51语言编写系统的整体软件程序,软件包括系统主程序、温度采集、A/D转换和数据处理等子程序。(5)应用Protel软件绘制系统PCB板图,进行了硬件系统的制作、软硬件系统的联调。(6)以含水率10.0% ~20.0 %、自由落体状态下的杂绿豆为对象,在5~40℃温度范围内进行了检测仪测量精度的校验。结果表明,对含水率在20.0%以下的绿豆样品,在5~20℃的范围内本仪器检测绝对误差在±1%以内,具有一定的实用价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究的目的和意义  11-12
    1.1.1 粮食中的水分  11
    1.1.2 研究粮食水分检测仪的意义  11-12
    1.1.3 研究目的  12
  1.2 粮食水分检测的国内外研究现状  12-14
    1.2.1 粮食水分的直接检测法  12-13
    1.2.2 粮食水分的间接检测法  13-14
  1.3 农产品介电特性的国内外研究现状  14-15
    1.3.1 农产品介电特性的国外研究现状  14-15
    1.3.2 农产品介电特性的国内研究现状  15
  1.4 电容法检测粮食含水率的影响因素分析  15-16
  1.5 主要研究内容  16-17
  1.6 系统方案设计及整体技术路线图  17-19
第二章试验数据处理与分析  19-27
  2.1 材料设备及方法  19-23
    2.1.1 试验材料和设备  19
    2.1.2 含水率的测量方法  19-20
    2.1.3 电容测量方法  20
    2.1.4 容积密度测量方法  20-21
    2.1.5 温度测量方法  21
    2.1.6 不同含水率样品制备方法  21-22
    2.1.7 试验步骤  22-23
  2.2 试验结果及建模  23-26
    2.2.1 试验数据分析  23-24
    2.2.2 试验结果总结  24-25
    2.2.3 数学模型的建立  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章粮食水分检测系统的硬件设计  27-43
  3.1 粮食水分检测系统的硬件总体结构  27
  3.2 电容传感器的设计  27-28
  3.3 电容检测方案的选择  28-31
    3.3.1 交流电桥检测电路  28-29
    3.3.2 DC 充放电检测电路  29
    3.3.3 运算放大器式检测电路  29-30
    3.3.4 调频式检测电路  30
    3.3.5 脉冲宽度调制检测电路  30-31
  3.4 电容检测电路的设计  31-34
    3.4.1 脉宽调制检测电路  31-32
    3.4.2 电容检测信号的调理电路  32-33
    3.4.3 Proteus 电路仿真  33-34
  3.5 温度检测电路的设计  34-35
    3.5.1 DS18B20 数字温度传感器的简介  35
    3.5.2 DS18B20 温度检测电路的设计  35
  3.6 质量检测电路的设计  35-37
    3.6.1 称重传感器  35-36
    3.6.2 质量检测信号调理电路  36-37
  3.7 A/D 转换电路设计  37-38
  3.8 输入、输出及通信电路设计  38-40
    3.8.1 串口通信电路的设计  38
    3.8.2 LCD12864 液晶显示输出电路设计  38-39
    3.8.3 3*3 矩阵键盘输入电路设计  39-40
  3.9 单片机模块设计  40
    3.9.1 单片机的选择  40
    3.9.2 单片机最小系统的设计  40
  3.10 电源模块的设计  40-42
  3.11 本章小结  42-43
第四章粮食水分检测系统的软件设计  43-50
  4.1 程序开发环境简介  43
  4.2 系统主程序的设计  43-44
  4.3 系统子程序设计  44-49
    4.3.1 温度采集子程序  44
    4.3.2 A/D 转换子程序  44-46
    4.3.3 液晶显示子程序  46-47
    4.3.4 数据处理子程序  47-48
    4.3.5 串口通信子程序  48
    4.3.6 键盘循环扫描子程序  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章粮食水分检测仪的制作与验证  50-55
  5.1 仪器的制作  50-52
    5.1.1 原理图的绘制  50-51
    5.1.2 PCB 板的制作  51-52
    5.1.3 仪器制作  52
  5.2 整体系统校验  52-54
    5.2.1 温度检测精度的校验  52-53
    5.2.2 电容检测精度的校验  53
    5.2.3 含水率检测精度的校验  53-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章结论与展望  55-57
  6.1 结论  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
作者简介  62

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