基于單片機(jī)的秸稈含水率測量儀的設(shè)計

【摘要】：秸稈是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中一項重要的生物資源。人類對于秸稈的利用由來已久，隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，秸稈的利用技術(shù)呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢。含水率是諸多秸稈利用技術(shù)的一項重要參考指標(biāo)，含水率的高低影響著秸稈的貯存及一些主要的加工工藝環(huán)節(jié)，有時甚至直接決定了其成品的品質(zhì)，因此對其含水率的檢測顯得尤為重要。然而現(xiàn)有的秸稈含水率檢測的儀器設(shè)備較少，且成本過高，傳統(tǒng)的加熱烘干法又存在周期長，不能實現(xiàn)連續(xù)測量等缺點，在一定程度上制約著秸稈的綜合利用效率。所以開發(fā)一種操作簡便，價格低廉，且能實現(xiàn)快速、連續(xù)測量的秸稈含水率測量裝置顯得很有必要。本文在總結(jié)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)物料含水率無損檢測方法研究成果的基礎(chǔ)上，基于電容檢測法，設(shè)計了以AT89S52單片機(jī)為核心的秸稈含水率測量儀，并利用相應(yīng)的含水率預(yù)測模型實現(xiàn)了秸稈含水率的檢測。本文主要研究內(nèi)容和取得的成果如下： (1)研究了農(nóng)作物秸稈含水率對其綜合利用技術(shù)的影響，提出了基于介電特性的電容檢測法的設(shè)計方法，并對電容檢測法的基本原理及其相關(guān)影響因素（溫度、容積密度等）進(jìn)行了深入的分析，進(jìn)而確立了秸稈含水率測量儀設(shè)計的理論依據(jù)。 (2)設(shè)計了以AT89S52單片機(jī)為核心的測量儀硬件系統(tǒng)。首先，設(shè)計了平行極板式電容傳感器，用于測量秸稈電容，DS18B20溫度傳感器為測溫元件，F(xiàn)SR402壓力傳感器用于秸稈容積密度的間接測量。然后進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計，包括電容、溫度及壓力信號檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、液晶顯示電路及功能鍵模塊。最后設(shè)計制作了測量儀硬件系統(tǒng)電路板。 (3)利用單片機(jī)C語言，采用模塊化的編程思想編寫了測量儀軟件系統(tǒng)的整體程序，包括系統(tǒng)主程序、A/D轉(zhuǎn)換、溫度采集、液晶顯示和含水率計算等模塊。 (4)以小麥秸稈為試驗對象，研究了秸稈含水率、溫度、容積密度與其電容之間的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上建立了小麥秸稈含水率預(yù)測模型，并通過試驗驗證了模型的合理性，結(jié)果表明：該模型的決定系數(shù)R2=0.987。 (5)對測量儀的含水率檢測性能進(jìn)行了試驗驗證，分析了試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：與加熱烘干法相比，該測量儀對含水率為10%~20%，溫度在5℃~35℃之間變化的小麥秸稈含水率的測量誤差為±2.2%，響應(yīng)時間為2s，具有良好的應(yīng)用前景。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 含水率 單片機(jī) 電容 密度
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：S237
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究的目的和意義10-12
• 1.1.1 秸稈資源的利用現(xiàn)狀10
• 1.1.2 含水率對秸稈綜合利用技術(shù)的影響10-12
• 1.1.3 研究的目的12
• 1.2 基于介電特性的農(nóng)業(yè)物料含水率檢測方法研究12-13
• 1.2.1 農(nóng)業(yè)物料的介電特性12
• 1.2.2 基于介電特性檢測含水率的方法12-13
• 1.2.3 電容檢測法的主要影響因子13
• 1.3 基于介電特性的農(nóng)業(yè)物料含水率檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 電容檢測法在農(nóng)業(yè)物料含水率檢測中的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 研究內(nèi)容15-16
• 1.6 技術(shù)路線16-17
• 第二章 秸稈含水率測量儀硬件系統(tǒng)設(shè)計與制作17-37
• 2.1 測量儀硬件系統(tǒng)的構(gòu)成17
• 2.2 傳感器的選擇與設(shè)計17-21
• 2.2.1 電容傳感器的設(shè)計17-19
• 2.2.2 溫度傳感器的選擇19-20
• 2.2.3 壓力傳感器的選擇20-21
• 2.3 測量儀硬件電路設(shè)計21-36
• 2.3.1 幾種電容檢測電路的比較21-24
• 2.3.2 電容信號檢測電路的設(shè)計24-29
• 2.3.3 溫度信號檢測電路的設(shè)計29-30
• 2.3.4 壓力信號檢測電路的設(shè)計30-31
• 2.3.5 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計31-32
• 2.3.6 液晶顯示電路的設(shè)計32
• 2.3.7 功能鍵模塊的設(shè)計32-33
• 2.3.8 單片機(jī)控制電路的設(shè)計33-34
• 2.3.9 直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計34-35
• 2.3.10 測量儀硬件電路板的設(shè)計制作35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 秸稈含水率測量儀軟件系統(tǒng)設(shè)計37-44
• 3.1 系統(tǒng)主程序模塊的設(shè)計37-38
• 3.2 TLC2543A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計38
• 3.3 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集模塊的的設(shè)計38-41
• 3.4 LCD12864 顯示模塊的設(shè)計41-42
• 3.5 功能鍵模塊的設(shè)計42
• 3.6 含水率計算模塊的設(shè)計42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第四章 秸稈含水率預(yù)測模型的建立44-54
• 4.1 秸稈介電特性的試驗研究44-49
• 4.1.1 試驗材料44
• 4.1.2 試驗設(shè)備44
• 4.1.3 試驗方法44-46
• 4.1.4 試驗步驟46
• 4.1.5 試驗結(jié)果與分析46-49
• 4.2 含水率預(yù)測模型的建立49-53
• 4.2.1 含水率預(yù)測模型的建立49-51
• 4.2.2 含水率預(yù)測模型的驗證51-52
• 4.2.3 含水率計算模塊的補(bǔ)充設(shè)計52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 測量儀含水率檢測性能驗證54-57
• 5.1 測量儀含水率檢測性能驗證54-56
• 5.1.1 試驗材料及方法54
• 5.1.2 試驗結(jié)果及分析54-56
• 5.2 本章小結(jié)56-57
• 第六章 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 結(jié)論57-58
• 6.2 本研究的創(chuàng)新性58
• 6.3 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 致謝62-63
• 作者簡介63

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