糧食水分檢測(cè)技術(shù)探討

□ 高 莉 遼寧岫巖國(guó)家糧食質(zhì)量監(jiān)測(cè)站

糧食的水分在線檢測(cè)是制約糧食干燥系統(tǒng)的核心技術(shù)。通常對(duì)于糧食中水分的檢測(cè)有兩種：直接以及間接的檢測(cè)方法。直接方法就是去除糧食中水分含量，通過(guò)對(duì)比之前與之后的差來(lái)反映出糧食中的水分，但有測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)[1]。間接測(cè)量的方法就是通過(guò)由水分引起變化的物理量的測(cè)量來(lái)確定糧食中的水分，優(yōu)點(diǎn)是用時(shí)短，操作簡(jiǎn)單，能夠在現(xiàn)場(chǎng)以及線上進(jìn)行測(cè)量。間接的測(cè)量方式有電阻式、電容式以及中子源法等。

圖1 鍵盤接口電路

1 硬件資源配置

1.1 單片機(jī)系統(tǒng)

硬件電路是由五個(gè)模塊組成，分別為鍵盤模塊、單片機(jī)控制模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警電路以及MAX7219顯示模塊。這些模塊主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)算、顯示、堵糧判斷以及報(bào)警的功能。工作原理是通過(guò)電容傳感器來(lái)測(cè)量糧食中的水分，再通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊，將結(jié)果送到單片機(jī)控制模塊[2]。測(cè)量人員可以通過(guò)單片機(jī)控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示，可以反復(fù)進(jìn)行多次測(cè)量，通常都是5次的有效測(cè)量，將這五次的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理，得出最后的結(jié)果。同時(shí)，還可以通過(guò)三次有效的測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行比較判斷，然后可以分析出是否堵糧，如果出現(xiàn)堵糧的情況，則會(huì)進(jìn)行警報(bào)告示。

1.2 傳感器部分設(shè)計(jì)

圓桶型電容式傳感器就是通過(guò)被測(cè)量的水分的非物理量轉(zhuǎn)化為電容量變化的一種傳感器。它是由兩個(gè)同心圓桶構(gòu)成，內(nèi)桶為內(nèi)電極，外桶為外電極，兩者之間為介質(zhì)空腹。其工作原理就是將要測(cè)量水分的糧食放在傳感器內(nèi)外極電板之間的介質(zhì)空腹中。糧食中的水分可以使傳感器的相對(duì)介質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致電容值發(fā)生變化，從而可以檢測(cè)出糧食中存在的水分。

1.3 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

AD轉(zhuǎn)換模塊能夠完成對(duì)溫度的檢測(cè)，在單片機(jī)系統(tǒng)中能夠通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)計(jì)算出對(duì)糧食含水率的補(bǔ)償。

1.4 語(yǔ)音報(bào)警電路設(shè)計(jì)

語(yǔ)音報(bào)警電路的工作原理就是首先設(shè)置一個(gè)數(shù)值，是通過(guò)控制某一個(gè)路徑控制聲光報(bào)警。如果輸出的電量低于此數(shù)值水平，晶閘管會(huì)阻斷電流的通過(guò)，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管以及揚(yáng)聲器都沒(méi)有通電流。如果輸出的電量高于此數(shù)值水平，晶閘管會(huì)打開(kāi)允許電流通過(guò)，此時(shí)的發(fā)光二極管以及揚(yáng)聲器中都會(huì)出現(xiàn)電流，則發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光，揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出警報(bào)的聲音，能夠使工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。

1.5 鍵盤及功能介紹

圖1是鍵盤接口電路，可以清晰地看出鍵盤的工作原理，每一個(gè)按鍵都是獨(dú)立進(jìn)行工作的，彼此之間互不干涉。因此工作流程是比較簡(jiǎn)單的，其中電阻是上拉電阻，沒(méi)有按下按鍵時(shí)，CPU接入“1” 電平，按下按鍵時(shí)CPU就會(huì)發(fā)生變化。S1鍵是開(kāi)始鍵，將糧食儲(chǔ)存好之后，接通電源，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)；如果測(cè)量的結(jié)果有效，則進(jìn)行S2鍵的操作，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，直到完成幾次有效的數(shù)據(jù)之后，然后計(jì)算平均值；如果上一次測(cè)量的數(shù)據(jù)無(wú)效，則要按下S3鍵，說(shuō)明此次結(jié)果無(wú)效，棄之。最后完成一系列的測(cè)量之后，就按下S4鍵，結(jié)束程序的使用。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括顯示程序、警報(bào)程序、測(cè)量程序、讀入程序、初始化程序以及平均值計(jì)算程序等。主要流程就是AD轉(zhuǎn)換模塊測(cè)量糧食中的水分以及溫度，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)控制模塊進(jìn)行處理，通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示，控制 MAX7219 實(shí)現(xiàn)顯示功能，完成堵糧判定，并通過(guò)控制高低電平的輸出，實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制，讀鍵盤完成人機(jī)交流，并且實(shí)現(xiàn)平均值計(jì)算。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)電容傳感器測(cè)量糧食中的水分，可以有效地提高工作效率，節(jié)省人工成本。這對(duì)于提高糧食水分的檢測(cè)自動(dòng)化具有重要的作用。雖然目前利用電容傳感器測(cè)量糧食水分還有許多的缺憾，但也是取得了一定的效果，在今后我們要繼續(xù)不斷創(chuàng)新，才能不斷提高測(cè)量糧食水分的精度。