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基于电容法的谷物水分检测系统研究与设计

罗承铭  
【摘要】:谷物水分检测是粮食行业必不可少的重要检测环节。谷物水分含量影响着谷物的存储、运输、加工等各个方面。随着智能传感技术、计算机技术及数据处理技术的快速发展,谷物水分检测已朝着智能化方向迈进,各种应用于谷物水分检测的便携式水分仪和在线检测设备相继出现。然而谷物水分检测的影响因素较多,尤其是目前在国内应用最为广泛的电容法,其检测精度受到谷物品种、谷物容积密度和环境温湿度的综合影响。本文以电容法谷物水分检测原理为基础,通过对各影响因素的综合分析,研究和设计了一种基于电容法的谷物水分检测系统。具体研究内容和结果如下: (1)设计了电容法谷物水分检测实验并对采集数据进行了处理与分析,从谷物的介电特性、物理特性及环境温湿度三个方面分析了电容法谷物水分检测的影响因素,研究了三种谷物的介电特性及物理特性与含水率的关系,分析了温湿度条件对谷物水分检测的影响,确定了谷物的介电特性、容积密度和环境温度是电容法谷物水分检测的主要影响因素。 (2)基于电容法检测的影响因素,设计了基于多传感器检测及单片机与PC机结合的谷物水分检测系统。分别采用圆筒式电容传感器、电阻应变片式称重传感器和智能温度传感器对谷物水分的影响因素参数进行检测并设计了各检测电路。系统采用单片机作为硬件核心实现了对各参数检测过程的控制,并采用串口通信方式建立了单片机与PC机的连接。PC机采用VB语言及MSComm控件编写程序实现了从单片机接收数据并进行分析计算的过程。 (3)采用数据融合技术对谷物水分检测数据进行了建模分析。分别采用二次多元回归分析和BP神经网络与参数估计融合算法完成了谷物水分检测模型的建立。通过对比模型的拟合精度,确定了以BP神经网络与参数估计融合算法相结合的方法作为检测系统的建模方法。 (4)PC机采用VB语言与Matlab混合编程,设计了基于神经网络的谷物水分检测上位机系统。VB通过ActiveX技术实现了对Matlab神经网络功能的调用,系统设计实现了模型建立、水分检测、文件管理及系统帮助四个功能界面。 经过软硬件的调试与系统测试,所设计的谷物水分检测系统能够实现相关的参数采集、通信、建模及分析计算等功能,达到了预期设计目标。


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