基于单片机的秸秆含水率测量仪的设计

【摘要】：秸秆是农作物生产系统中一项重要的生物资源。人类对于秸秆的利用由来已久，随着传统农业向现代农业的转变，秸秆的利用技术呈现多样化的发展趋势。含水率是诸多秸秆利用技术的一项重要参考指标，含水率的高低影响着秸秆的贮存及一些主要的加工工艺环节，有时甚至直接决定了其成品的品质，因此对其含水率的检测显得尤为重要。然而现有的秸秆含水率检测的仪器设备较少，且成本过高，传统的加热烘干法又存在周期长，不能实现连续测量等缺点，在一定程度上制约着秸秆的综合利用效率。所以开发一种操作简便，价格低廉，且能实现快速、连续测量的秸秆含水率测量装置显得很有必要。本文在总结现有农业物料含水率无损检测方法研究成果的基础上，基于电容检测法，设计了以AT89S52单片机为核心的秸秆含水率测量仪，并利用相应的含水率预测模型实现了秸秆含水率的检测。本文主要研究内容和取得的成果如下： (1)研究了农作物秸秆含水率对其综合利用技术的影响，提出了基于介电特性的电容检测法的设计方法，并对电容检测法的基本原理及其相关影响因素（温度、容积密度等）进行了深入的分析，进而确立了秸秆含水率测量仪设计的理论依据。 (2)设计了以AT89S52单片机为核心的测量仪硬件系统。首先，设计了平行极板式电容传感器，用于测量秸秆电容，DS18B20温度传感器为测温元件，FSR402压力传感器用于秸秆容积密度的间接测量。然后进行了硬件电路的设计，包括电容、温度及压力信号检测电路、A/D转换电路、单片机控制电路、液晶显示电路及功能键模块。最后设计制作了测量仪硬件系统电路板。 (3)利用单片机C语言，采用模块化的编程思想编写了测量仪软件系统的整体程序，包括系统主程序、A/D转换、温度采集、液晶显示和含水率计算等模块。 (4)以小麦秸秆为试验对象，研究了秸秆含水率、温度、容积密度与其电容之间的变化规律，在此基础上建立了小麦秸秆含水率预测模型，并通过试验验证了模型的合理性，结果表明：该模型的决定系数R2=0.987。 (5)对测量仪的含水率检测性能进行了试验验证，分析了试验数据，结果表明：与加热烘干法相比，该测量仪对含水率为10%~20%，温度在5℃~35℃之间变化的小麦秸秆含水率的测量误差为±2.2%，响应时间为2s，具有良好的应用前景。 【关键词】：秸秆 含水率 单片机 电容 密度
【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】：2012
【分类号】：S237
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究的目的和意义10-12
• 1.1.1 秸秆资源的利用现状10
• 1.1.2 含水率对秸秆综合利用技术的影响10-12
• 1.1.3 研究的目的12
• 1.2 基于介电特性的农业物料含水率检测方法研究12-13
• 1.2.1 农业物料的介电特性12
• 1.2.2 基于介电特性检测含水率的方法12-13
• 1.2.3 电容检测法的主要影响因子13
• 1.3 基于介电特性的农业物料含水率检测技术研究现状13-14
• 1.4 电容检测法在农业物料含水率检测中的研究现状14-15
• 1.5 研究内容15-16
• 1.6 技术路线16-17
• 第二章 秸秆含水率测量仪硬件系统设计与制作17-37
• 2.1 测量仪硬件系统的构成17
• 2.2 传感器的选择与设计17-21
• 2.2.1 电容传感器的设计17-19
• 2.2.2 温度传感器的选择19-20
• 2.2.3 压力传感器的选择20-21
• 2.3 测量仪硬件电路设计21-36
• 2.3.1 几种电容检测电路的比较21-24
• 2.3.2 电容信号检测电路的设计24-29
• 2.3.3 温度信号检测电路的设计29-30
• 2.3.4 压力信号检测电路的设计30-31
• 2.3.5 A/D 转换电路的设计31-32
• 2.3.6 液晶显示电路的设计32
• 2.3.7 功能键模块的设计32-33
• 2.3.8 单片机控制电路的设计33-34
• 2.3.9 直流稳压电源电路的设计34-35
• 2.3.10 测量仪硬件电路板的设计制作35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 秸秆含水率测量仪软件系统设计37-44
• 3.1 系统主程序模块的设计37-38
• 3.2 TLC2543A/D 转换模块的设计38
• 3.3 DS18B20 温度数据采集模块的的设计38-41
• 3.4 LCD12864 显示模块的设计41-42
• 3.5 功能键模块的设计42
• 3.6 含水率计算模块的设计42-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第四章 秸秆含水率预测模型的建立44-54
• 4.1 秸秆介电特性的试验研究44-49
• 4.1.1 试验材料44
• 4.1.2 试验设备44
• 4.1.3 试验方法44-46
• 4.1.4 试验步骤46
• 4.1.5 试验结果与分析46-49
• 4.2 含水率预测模型的建立49-53
• 4.2.1 含水率预测模型的建立49-51
• 4.2.2 含水率预测模型的验证51-52
• 4.2.3 含水率计算模块的补充设计52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 测量仪含水率检测性能验证54-57
• 5.1 测量仪含水率检测性能验证54-56
• 5.1.1 试验材料及方法54
• 5.1.2 试验结果及分析54-56
• 5.2 本章小结56-57
• 第六章 结论与展望57-59
• 6.1 结论57-58
• 6.2 本研究的创新性58
• 6.3 展望58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 作者简介63

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