電阻式糧食水分測(cè)定儀的設(shè)計(jì)

0 引 言
傳統(tǒng)的直接水分測(cè)量法周期長，難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對(duì)速度和連續(xù)化的要求，而非電量的電測(cè)方法是比直接法更高效的水分測(cè)量方法，當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛。糧食水分檢測(cè)方法原理上可以有：電阻法、電容法、中子法、微波法、紅外法、核磁共振法等?？紤]物料對(duì)象特性，紅外法主要用于表面水分測(cè)量，多見于紙張水分檢測(cè)中；中子法和核磁共振法基于水分中氫原子效應(yīng)，系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，不能體現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象的專用性。微波法是利用水對(duì)微波能量的吸收或作用于糧食的微波參量隨水分變化的原理進(jìn)行水分測(cè)量，其測(cè)量值與物料成分有關(guān)，測(cè)量電路及信號(hào)處理較復(fù)雜，價(jià)格偏高。電阻方法因其快速、準(zhǔn)確、成本低的特點(diǎn)一直是最常用的水分測(cè)量方法，但由于電阻方法存在信號(hào)強(qiáng)度小、取樣要求高、抗干擾性較差等缺陷，近年來出現(xiàn)了許多新的基于電阻測(cè)量原理的創(chuàng)新方法，如兩量程直流電阻法，脈沖電阻法，復(fù)阻抗分離法，交流阻抗法等。本設(shè)計(jì)在上述研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地提出基于脈寬測(cè)量的電阻比值法和測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)處理方法，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)水分進(jìn)行測(cè)定。

1 測(cè)試原理
糧食水分測(cè)定儀是具有區(qū)域特色的產(chǎn)品，它對(duì)不同地區(qū)的糧食作物具有不同的測(cè)量基準(zhǔn)值，因此在測(cè)試之前，需要根據(jù)不同的糧食種類，在不同的狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)定工作，建立起標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)關(guān)系，這些數(shù)據(jù)可以由生產(chǎn)廠家寫入測(cè)定儀的E2PROM數(shù)據(jù)區(qū)中，也可以由用戶根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。該系統(tǒng)利用ATmega128自身的4 KB的E2PROM用來存儲(chǔ)不同種類的糧食的水分的標(biāo)定值、溫度補(bǔ)償系數(shù)和系統(tǒng)的密碼等參數(shù)。在使用之前需要進(jìn)行水分的標(biāo)定工作，把同一樣本分別在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定儀和本測(cè)定儀同時(shí)進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，確定水分和電阻的關(guān)系，然后再通過鍵盤把對(duì)應(yīng)關(guān)系寫入E2PROM中的相應(yīng)單元中保存起來，形成標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量曲線或數(shù)據(jù)表格。同時(shí)考慮到溫度的影響，必須加上溫度補(bǔ)償系數(shù)以進(jìn)行修正。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，把當(dāng)前的測(cè)量值與這些標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，就可以實(shí)現(xiàn)水分的測(cè)量。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

MCU采用Atreel公司的高速嵌入式單片機(jī)AT-mega128，它采用先進(jìn)的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，具有128 KB的在線可重復(fù)編程的FLASH、4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM，同時(shí)具有8／16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、PWM輸出模塊、UART、SPI等多種串行通信接口、可編程的看門狗定時(shí)器等功能模塊、豐富的外部和內(nèi)部中斷源、多種工作模式。這些特性使ATmega128成為功能更強(qiáng)大的微控制器，更好地支持應(yīng)用于脈寬調(diào)制、高速I／O、遞增／遞減計(jì)數(shù)能力等工業(yè)控制等場(chǎng)合。在程序中主要完成水分的采樣和高速處理、LCD顯示、鍵盤輸人、驅(qū)動(dòng)輸出、與PC機(jī)進(jìn)行通信等工作。該測(cè)定儀的測(cè)量的范圍在5～30％之間，精度在±0．2％，水分用2個(gè)字節(jié)表示，因此共需要1 KB保存在某一溫度條件下的水分值，再加上溫度補(bǔ)償系數(shù)和密碼的設(shè)定。4 KB空間已經(jīng)足夠了。它的可編程的看門狗定時(shí)器模塊能保證系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的工作。