基于介电特性的苹果无损分级测量模块的设计与实现

发布时间：2017-06-17 09:00

  本文关键词：基于介电特性的苹果无损分级测量模块的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：介电特性是电介质分子在外加电场作用下的响应特性,主要由电介质的相关介电特征值体现。水果作为电介质的一种,通过对其介电特性的研究,可以对水果的内部品质、状态等信息进行采集和分析,进而利用水果的介电特性对其进行无损分级,提高水果产品的附加值。本研究以苹果为研究对象,结合本校已经取得的相关研究成果,针对市场上缺少苹果介电检测专用设备的问题,以快速准确的测量苹果相关介电参数并最终实现苹果无损分级为目的,探索基于介电特性的苹果品质无损分级测量模块的设计与实现,主要工作如下:(1)模块的总体设计和介电测量信号的产生。分析介电特性的基本检测原理,依据已有的苹果无损分级算法的需求,从方便使用、低成本的角度出发,借鉴已有LCR测量仪器的构造,外加蓝牙模块构建相应的数据测量模块。分析准桥式阻抗测量原理,选择STC12C5A60S2芯片作为整个测量模块的控制核心。运用芯片提供的PWM(脉冲宽度调制)功能,采用DDS技术产生符合苹果测量频率需求的正弦波信号。(2)鉴相功能的实现。被测信号经过阻抗-电压转换模块、放大模块等处理后进入鉴相模块分离出计算介电参数所需的分量值,然后经过AD转换得到相应的分量值,由分量值计算相应的介电参数。分析自由转轴法的测量原理,采用模拟开关完成被测信号投影分量的分离。(3)测量模块的软件实现。合理运用模块化编程思想,结合苹果测量的特点完成测量程序的编写。添加蓝牙模块实现相关测量数据的无线传输功能,完成对苹果介电参数测量的采集工作。(4)整体测量模块的调试和实验测试。对可能影响数据测量的误差和干扰源进行了分析,并运用合理手段减小误差和干扰对测量结果的影响。首先使用相关电子器件对测量模块的精度进行了测试,结果显示,模块测量值与高精度LCR仪器测量值测量误差较小(基本测量精度在1%左右);进而将模块应用于苹果介电参数的测量,结果表明,虽然模块可能还存在一些不足,但基本上可以满足低频段(低于10KHz)内苹果相关介电特征值的测量需求。
【关键词】：单片机 介电参数 LCR DDS 蓝牙模块
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52;S661.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与目的10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究概况11-12
• 1.2.2 国内研究概况12-13
• 1.2.3 国内外研究现状总结13-14
• 1.3 研究内容14
• 1.4 论文组织结构14-16
• 第二章 需求分析和总体设计16-22
• 2.1 测量需求分析16-17
• 2.2 介电检测等效模型17-19
• 2.2.1 介电特性的基本概念17
• 2.2.2 介质等效测量模型17-19
• 2.3 模块整体构造19
• 2.4 误差和干扰分析19-20
• 2.4.1 误差来源分析19-20
• 2.4.2 测量干扰分析20
• 2.5 数据传输方式选择20-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第三章 硬件设计与实现22-35
• 3.1 阻抗测量原理22-23
• 3.2 微处理器选择23-24
• 3.3 信号源模块24-27
• 3.3.1 DDS工作原理24-25
• 3.3.2 脉冲宽度调制25-26
• 3.3.3 单片机实现DDS信号26-27
• 3.4 阻抗-电压转换模块27-28
• 3.5 放大模块28-29
• 3.6 A/D转换模块29-30
• 3.7 鉴相模块30-32
• 3.7.1 自由转轴鉴相原理30-31
• 3.7.2 开关鉴相器的实现31-32
• 3.8 其他外设模块和抗干扰措施32-34
• 3.8.1 显示装置模块32
• 3.8.2 按键模块32-33
• 3.8.3 抗干扰措施33-34
• 3.9 本章小结34-35
• 第四章 软件设计与实现35-44
• 4.1 开发环境选择35
• 4.2 测量功能实现35-39
• 4.2.1 软件设计思想35-36
• 4.2.2 主流程概述36
• 4.2.3 测量模块36-38
• 4.2.4 测量细节描述和误差减小38-39
• 4.3 蓝牙通讯功能实现39-43
• 4.3.1 蓝牙模块简介39-40
• 4.3.2 串口通讯和蓝牙数据发送40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 模块整体测试44-51
• 5.1 元器件测试44-47
• 5.1.1 测量方案设计44
• 5.1.2 电阻值测试44-45
• 5.1.3 电容电感值测试45-47
• 5.2 苹果实测结果47-50
• 5.3 本章小结50-51
• 第六章 总结与展望51-52
• 6.1 总结51
• 6.2 展望51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

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本文编号：457850