基于单片机的便携式粮食水分测试仪的研究

【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。