便携式燕麦含水率测量仪的研制

发布时间：2020-10-17 12:53

　　 小杂粮泛指燕麦、甜荞、苦荞、小扁豆、豇豆等小宗的杂类作物,其营养价值高,还含有特殊营养素,是重要的营养保健食品,更是种植业结构调整的特色作物,必不可少。小杂粮的含水率检测对于其资源的高效利用具有重要的意义。传统的含水率测定方法主要采用烘干法,虽然该方法测量结果稳定、精度高,但在需要快速现场测量小杂粮含水率的场合存在限制。同时现有含水率检测的仪器设备较少,主要引进日本的产品且成本较高。为此,开发一种精度良好的便携式含水率测量仪是十分必要。本文在目前农产品含水率检测方法的基础上,以燕麦为小杂粮代表并考虑温度等影响因素,基于电容法设计了小杂粮含水率检测仪,通过试验建立了电容与主要影响因素的关系模型,成功开发制作出了低成本、测量快速准确的便携式含水率测量仪。主要的研究内容和结论有： (1)设计了测量仪的硬件系统。本系统采用平行极板式电容传感器,以8位单片机AT89S52为核心,并采用CAV444电容转电压芯片,融合电容检测电路、温度检测电路、A/D转换电路、单片机控制电路、键盘输入电路、液晶显示电路、程序下载电路和锂电池充电电源电路,实现测量仪的硬件功能。 (2)采用单片机C51语言编写了测量仪的软件系统。包括主程序、A/D转换子程序、温度采集子程序、液晶显示子程序、以及含水率计算子程序。 (3)采用Altium Designer软件设计了测量仪的硬件原理图,制作PCB板,焊接贴片元器件,进行软硬件系统联合调试,并对各检测模块性能进行检验。结果表明,测量仪运行良好,电容检测范围20pF-160pF,温度绝对测量误差小于±0.9℃；锂电池充电3h充满后,可以连续使用大概2.5h,完全能够满足仪器便携性和日常工作时间要求。 (4)采用ProE软件设计了基于检测电容的小杂粮含水率检测仪的外壳,进行3D整体设计,并结合PCB板尺寸最终成功完成了一体式小杂粮含水率测量仪的制作。 (5)以燕麦小杂粮为研究对象,在含水率12.64%-20.73%、温度为5-45℃的范围内,通过大量的试验和数据分析,探明温度和含水率对电容的影响,建立了电容与温度和含水率之间的关系模型,检验模型的线性相关系数R2＝0.9897。并研究检验了所设计含水率测量仪的检测范围和检测精度。结果表明,与烘干法相比,本文所设计的含水率测量仪含水率的绝对测量误差为±1.5%,检测的响应时间小于5s。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S512.6;S237
【部分图文】：

PCB设计

PCB择接整体图

2.4测量仪的整体设计本文设计制作的整体测量仪如图2-18所示。该测量仪主要由探针电极、整体外壳（上下两部分）和接线电缆三个部分构成。极板材料为优质紫铜板，紫铜是比较纯净的一种铜，一般可近似认为是纯铜，导电性、塑性都较好，但强度与硬度较差一些。紫铜具有优良的导热性、延展性和耐烛性，同体积的质量比普通钢重约15%,完全符合平行极板的设计要求。极板长160mm,宽30mm，厚Imm，间距25mm。极板前端设计为三角形，有利于插入待测样品中。整体外壳材料为POM (聚甲酵树脂），POM塑料是良好的绝缘材料，具有很好的电绝缘性
【参考文献】

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本文编号：2844805