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基于单片机的秸秆含水率测量仪的设计

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:07:39
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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。

【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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