[发明专利]基于扦粮器的粮食水分检测装置

摘要

基于扦粮器的粮食水分检测装置属于粮食水分检测技术领域，尤其涉及一种基于扦粮器的粮食水分检测装置。本发明提供一种可提高收粮工作效率的基于扦粮器的粮食水分检测装置。本发明包括扦粮器，扦粮器包括后端手柄和前部插入体；插入体前端为锥形尖头，其后为圆型槽的半封闭空间；插入体的半封闭空间的内壁设置有沿插入体长度方向的形状为条形的电容传感器；电容传感器的输出端口与扦粮器外侧的电容检测电路的输入端口相连，电容检测电路的输出端口与A/D转换电路的输入端口相连，A/D转换电路的输出端口与单片机的信号输入端口相连，单片机的显示信号输出端口与LED显示部分的显示信号输入端口相连，单片机的按键信号输入端口与按键相连。

主权项

1.基于扦粮器的粮食水分检测装置，包括扦粮器，扦粮器包括后端手柄和前部插入体；插入体前端为锥形尖头，其后为圆型槽的半封闭空间；其特征在于插入体的半封闭空间的内壁设置有沿插入体长度方向的形状为条形的电容传感器；电容传感器的输出端口与扦粮器外侧的电容检测电路的输入端口相连，电容检测电路的输出端口与A/D转换电路的输入端口相连，A/D转换电路的输出端口与单片机的信号输入端口相连，单片机的显示信号输出端口与LED显示部分的显示信号输入端口相连，单片机的按键信号输入端口与按键相连；所述电容检测电路的电源输入端口、A/D转换电路的电源输入端口、单片机的电源输入端口、LED显示部分的电源输入端口分别与电源电路的电源输出端口相连；所述电容传感器采用柔性电路板，柔性电路板上设置有依次相邻排列设置的三片铜极板，相邻铜极板的对应边均为对应的梳状；所述电容传感器的输出端口采用四指金手指接头；金手指接头的金手指间距为0.5mm，补强厚度0.3mm；每一个铜极板与对应的金手指相连；除极板及与极板相连的导线以外的柔性电路板上全部覆铜并接地线，地线连接到对应的一个金手指；所述三片铜极板的整体形状为长方形，长方形的长度为100mm，宽度为21mm，相邻铜极板对应边间隙均为0.2mm，三片铜极板分别通过导线与金手指接头相连；所述电容检测电路包括max4066芯片U31、OP07CP芯片U32和OP07CP芯片U33，U31的1、9、3、11引脚与所述金手指接头的四金手指对应相连，U31的8引脚分别与U32的2引脚、电容C321一端、电阻R321一端相连，R321另一端分别与C321另一端、U32的6引脚、电阻R331一端相连，R331另一端分别与U33的2引脚、电阻R332一端相连，R332另一端分别与U33的6引脚、A/D转换电路的输入端口相连；所述U31的逻辑控制输入端口与分频取反电路的输出端口相连，分频取反电路的输入端口与所述单片机的ALE端相连，单片机采用12M晶振，所述单片机采用89C51芯片U41；所述分频取反电路采用CD4017芯片U11和CD4069芯片U12，U11的12引脚与U12的1引脚相连；所述电源电路采用ICL7662芯片U22和7805芯片U21，U22的2、4引脚分别与10μF电容C221两端相连，U22的8引脚与9V电池正极端相连，U22的5引脚通过10μF电容C222接地；U21的3引脚与9V电池正极端相连；所述LED显示部分采用74HC573芯片U43、U44，U41的39～32引脚分别与U43的2～9引脚、U44的2～9引脚对应连接；所述A/D转换电路采用TLC549芯片U42，U42的2引脚与所述U33的6引脚相连，U42的7引脚与所述U41的1引脚相连，U42的6引脚与所述U41的2引脚相连，U42的59引脚与所述U41的8引脚相连；所述三片铜极板中的一片铜极板上施加电压为U的充电电压，扦粮器内部半封闭空间Ω内铜极板间的电容为：其中，ε为扦粮器内部粮食的介电常数，E为充电电压在内部空间形成的电场强度；Q表示极板电荷量，ω表示面积元素；扦粮器内部铜极板间的电容与粮食介电常数呈正相关性，介电常数由粮食水分含量确定，极板间的电容值与粮食的水分含量是正相关的；利用直流充放电法检测电容值的输出电压V等于：V＝f·CX·VC·R其中f为激励信号频率，CX为被测电容，VC为充电电压，R为充放电回路的等效电阻；所述激励信号频率是U41通过U11、U31激励产生；通过检测电容检测电路的电压值达到检测粮食水分含量的目的；每两片铜极板之间都能组成一个电容传感器；电容检测电路用+5V电源；U41的19脚分别与12M晶振Y41一端、30pF电容C411一端相连，12M晶振Y41另一端分别与U41的18脚、30pF电容C412一端相连，30pF电容C412另一端分别与GND、30pF电容C411另一端相连；U41的9脚分别与1K电阻R412一端、100pF电容C413电容一端、200欧姆电阻R411一端相连，1K电阻R412另一端接GND，200欧姆电阻R411另一端通过开关S‑SET分别与VCC、100pF电容C413电容另一端相连；U41的31脚与VCC相连，U41的20脚接GND，U41的40脚与VCC相连；U43的1、10脚和U44的1、10脚接GND，U43的11脚、U44的11脚分别与U41的27、28脚对应相连；U43的20脚和U44的20脚接VCC；U43的19～12脚分别与Dpy Blue‑CC芯片DS4、DS3、DS2、DS1的7、6、4、2、1、9、10、5脚对应相连，DS4的3、8相连，DS3的3、8相连，DS2的3、8相连，DS1的3、8相连；U44的19～16脚分别与LED1～LED4对应相连；U42的1、8脚接VCC，U42的3、4脚接GND，开关S1一端与U41的21脚相连，开关S1另一端接GND；U31的2、7、10脚接GND，U31的4、14脚接VCC，U32的3脚接GND，U32的7脚、U33的7脚接VCC，U32的4脚、U33的4脚接V‑；电阻R321为20K欧姆电阻，电容C321为0.1uF电容，电阻R331为1.2K欧姆电阻，U33的3脚通过12K欧姆电阻R333接GND，电阻R332为12K欧姆电阻；CX一端分别与S4一端、S2一端相连，S4另一端接GND，S2另一端接VCC；CX另一端分别与S1一端、S3一端相连，S1另一端接GND，S3另一端分别与U2的2脚、R1一端、C1一端相连，R1另一端、C1另一端、U2的6脚相连，U2的3脚接地；三片铜极板由上至下依次排列，上端铜极板和下端铜极板形状相同上下对称设置，三片铜极板与导线连接点位于长方形长度方向的同一侧；S1‑S4是COMS的电子开关，它们的通断受频率为f的脉冲信号的控制；在脉冲信号的前半个周期，S1和S2同时闭合而S3和S4同时开路，CX被充电；在脉冲信号的后半周期，S1和S2断开的同时闭合S3和S4，CX被放电；周期性的对被测电容进行充放电，由运放组成的电容电压转换电路输出一个正比于被测电容CX的直流电压；CX上充电电荷；Q＝CX·VC；放电的电荷等于充电电荷Q；放电形成的电流I；I＝f·Q＝fCX·VC直流输出电压；在充/放电电容电压转换电路中，产生极性相反的2个脉冲信号来控制模拟开关的开断，所使用的频率为200kHz脉冲信号是由单片机的ALE信号经十分频后得到的；单片机的ALE信号在不访问外部存储器时，产生振荡频率1/6的固定速率输出脉冲信号，单片机使用12M晶振，ALE端就产生一个2M方波信号；使用CD4017对此信号进行十分频产生一个200kHz的方波脉冲信号，用反相器CD4069对此信号取反，得到极性相反的两种方波脉冲信号；通过预先的实验以标定所检测粮食的水分与检测电路输出的电压值之间的对应关系，并将取得的对应关系写入单片机的存储单元作为基准数据。