平行板电容式水稻含水率在线检测装置的优化设计

发布时间：2021-05-09 16:55

　　中国是世界水稻产量最高的国家,水稻也是我国的第一大粮食作物。水稻含水率的准确测定是水稻收获后安全贮藏的重要因素。为提高农业智能化程度,提升水稻含水率在线检测精度,根据水稻含水率介电特性差异性变化,对平行板电容式水稻含水率在线检测装置进行了优化设计。本文的主要工作包括以下四个方面:（1）本文以平行板电容式水稻含水率在线检测装置为研究对象,采用Comsol有限元分析软件针对电容极版结构与边缘效应变化关系进行了二维电场分析。利用Design20Expert设计专家针对极板厚度、极板间距和相对面积对边缘效应的影响采取了响应面优化的Box-Behnken设计试验,得到边缘效应影响最低的极板结构。（2）对装置的机械结构进行了优化设计。设计了双重极板检测结构和抽拉式排粮机构。选用具有高集成度的MCF51AC125芯片设计了测量电路,配合上位机监测系统实现对水稻含水率数据的实时采集等功能。（3）建立水稻含水率NARX预测模型。对模型的优化算法、神经元数量、滞后阶数进行对比分析,选出模型的最优结构参数。对含水率预测模型进行训练,得出模型的含水率预测误差范围。（4）进行实验室静态含水率检测和水稻烘干现场在... 

【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 含水率检测方法及仪器
        1.2.2 含水率在线检测装置研究现状
        1.2.3 含水率预测研究现状
    1.3 研究内容与方法
    1.4 技术路线
2 电容极板结构优化分析
    2.1 基于Comsol的电容极板边缘散射电场分析
    2.2 电容器极板结构有限元分析
        2.2.1 电容极板厚度有限元分析
        2.2.2 电容极板间距有限元分析
        2.2.3 电容极板相对面积有限元分析
    2.3 电容极板结构参数优化试验
        2.3.1 试验方法
        2.3.2 样品制备
        2.3.3 试验结果分析
        2.3.4 响应面优化分析及最佳参数确定
    2.4 本章小结
3 含水率检测装置的设计
    3.1 平行板电容器检测原理
    3.2 含水率检测装置机械结构设计
        3.2.1 采样装置结构设计
        3.2.2 排粮结构设计
        3.2.3 整机实验台的搭建
    3.3 硬件电路设计
    3.4 检测电路主控芯片的选择
    3.5 水稻含水率检测电路设计
        3.5.1 电容传感器测量电路的比较分析
        3.5.2 运算放大电路
        3.5.3 温度测量传感器
        3.5.4 A/D转换电路
        3.5.5 电源稳压电路
        3.5.6 电源管理模块及整流
        3.5.7 通讯模块设计
    3.6 监测系统的设计
        3.6.1 基于VB的上位机设计
        3.6.2 上位机主程序界面设计
        3.6.3 数据校正模块
        3.6.4 Modbus通讯测试
        3.6.5 下位机数据传输
    3.7 本章小结
4 基于神经网络的水稻含水率预测与校正
    4.1 人工神经网络概述
    4.2 NARX神经网络模型建立
    4.3 预测模型相关参数的分析与确定
        4.3.1 优化算法的对比分析
        4.3.2 神经元数量及滞后阶数的选择
    4.4 含水率预测模型结果分析
    4.5 本章小结
5 含水率检测装置在线测试试验
    5.1 水稻含水率在线测试
        5.1.1 试验条件及评价指标
        5.1.2 试验设备
        5.1.3 试验结果
    5.2 现场实测
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于NARX神经网络的船舶升沉运动实时预测方法[J]. 楼梦瑶,王旭阳,陈瑞,葛彤.  中国舰船研究. 2020(01)
[2]响应面优化紫苏籽油超声提取工艺研究[J]. 李占君,刘运伟,马珂,高金辉,郭兴,杨逢建.  森林工程. 2020(02)
[3]Box-Behnken设计-效应面法优化杜仲籽油提取工艺及脂肪酸组成分析[J]. 赵惠茹,曹静思,高建,靖会,李璐瑶.  化工科技. 2020(01)
[4]基于VB6.0的开放式计算机数据采集实验系统[J]. 刘恩,杨红,蔡国齐,雷鹏,张威.  机电工程技术. 2020(02)
[5]黑龙江省主要农业气象灾害演变特征及对水稻产量的影响[J]. 王秋京,马国忠,朱海霞,纪仰慧,曲辉辉,何锋,翟墨,高明,姜丽霞.  灾害学. 2020(01)
[6]基于Box-Behnken试验设计的大型压缩机曲轴优化[J]. 王航,巴鹏.  光电技术应用. 2019(06)
[7]基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制[J]. 张伟,杨刚,雷军波,刘成良,陶建峰,覃程锦.  农业工程学报. 2019(23)
[8]基于介电特性与SPA-SVR算法的水稻含水率检测方法[J]. 张本华,钱长钱,焦晋康,丁兆赫,张扬,崔红光,刘翠红,冯龙龙.  农业工程学报. 2019(18)
[9]基于双隐含层GA-BP神经网络的重型柴油车排放预测[J]. 王志红,秦可,尹冬冬,卢梦成.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(06)
[10]便携式鱼粉品质检测装置的设计与参数优化[J]. 李培,牛智有,谭鹤群,刘鸣,张伟健.  农业工程学报. 2019(08)

博士论文
[1]几类神经网络的分析与优化及其应用研究[D]. 张莉.西安电子科技大学 2012

硕士论文
[1]联合收获机谷物水分实时监测系统设计与试验[D]. 李泽峰.中国农业科学院 2019
[2]NARX动态神经网络的择时策略研究[D]. 陈婷.上海师范大学 2019
[3]基于PID算法控温的热干燥式水分测量装置的设计[D]. 王月菊.吉林大学 2019
[4]基于反射式微波测量法的粮食含水率在线检测装置的设计[D]. 乔路.吉林大学 2018
[5]电阻式谷物水分仪采样机构研究及结构参数优化[D]. 陈阳.安徽农业大学 2016
[6]基于射频技术的粮食在线水分仪的研究[D]. 息裕博.吉林农业大学 2016
[7]基于微波透射技术的含水率检测方法及装置的研究[D]. 张心同.吉林大学 2015
[8]基于BP神经网络与SVM的生姜热风干燥含水率预测模型研究[D]. 张涛.内蒙古农业大学 2014
[9]电容式粮食水分在线检测仪的研究[D]. 孙耀强.吉林农业大学 2014
[10]基于ATMEGA128系统的电容式粮食水分检测仪的研究[D]. 叶飞.合肥工业大学 2014



本文编号：3177675