基于交流阻抗法的麦秸秆含水率检测仪的设计

【摘要】：秸秆不仅是农作物重要的副产品，而且也是农业生产中重要的生产资源。秸秆含水率的检测对于秸秆资源的高效利用具有重要的意义。传统的秸秆含水率测定方法主要采用烘干法，虽然该方法测量结果稳定、精度高，但在需要快速测量秸秆含水率的场合有一定的限制。而现有稻麦草含水率检测的仪器设备较少，主要依靠引进国外的产品且价格相对较高。所以，开发低成本、便于携带、测量快速准确的麦秸秆含水率检测仪是很有必要的。本文在总结现有农产品含水率检测方法研究成果的基础上，基于交流阻抗法，设计了以8位单片机AT89S52为控制核心的麦秸秆含水率检测仪，通过试验建立了输出复阻抗与主要影响因素的关系模型，实现了小麦秸秆含水率的检测。主要的研究内容和取得的成果有： （1）设计了检测仪的硬件系统。本文以8位单片机AT89S52为控制核心，基于交流阻抗法，设计了复阻抗检测及处理模块、压力检测及处理模块、温度检测模块、A/D转换模块、单片机控制模块、输入输出模块和供电电源模块。 （2）设计了检测仪的软件系统。利用C语言编写了主程序、量程切换子程序、A/D转换子程序、温度采集子程序、液晶显示子程序、键盘识别子程序以及含水率计算子程序。 （3）检验了所设计麦秸秆含水率检测仪的复阻抗、压力和温度的检测范围和检测精度。复阻抗在4~20kΩ、20~100k Ω的范围内，检测精度分别为±0.6kΩ、±3.2kΩ；压力在0.7~69.3kPa的范围内，检测精度为±5.2kPa；温度在5~40℃的范围内，检测精度为±0.2℃。 （4）以小麦秸秆为研究对象，研究了秸秆的湿基含水率（10.4%~19.7%）、温度（5~40℃）和容积密度（75.3~101.3kg/m3）对输出复阻抗的影响，建立了复阻抗与主要影响因素的关系模型，并对模型的可靠性和含水率检测精度进行了检验。与烘干法相比，本文所设计的麦秸秆含水率检测仪对湿基含水率为10.0%~20.0%，温度在5~40℃之间变化的小麦秸秆，含水率的绝对测量误差为-2.3%~0.9%，检测的响应时间小于3s。 【关键词】：秸秆 含水率 单片机 复阻抗
【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】：2013
【分类号】：S237
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究的目的和意义10-12
• 1.1.1 秸秆简介10
• 1.1.2 含水率对秸秆综合利用的影响10-11
• 1.1.3 研究的目的11-12
• 1.2 农产品电特性检测的研究与应用12-14
• 1.2.1 基于电特性的农产品含水率检测12
• 1.2.2 基于电阻法的农产品含水率检测及其主要影响因素12
• 1.2.3 电阻法在农产品含水率检测中的研究与应用12-14
• 1.3 秸秆含水率检测技术的研究现状14
• 1.4 研究内容和技术路线14-16
• 1.4.1 本文的主要研究内容14
• 1.4.2 本文的技术路线14-16
• 第二章 麦秸秆含水率检测仪硬件系统的设计16-35
• 2.1 检测仪硬件系统的整体构成16-17
• 2.2 检测仪硬件系统模块的设计17-32
• 2.2.1 几种电阻检测电路的比较17-19
• 2.2.2 复阻抗检测及处理模块的设计19-24
• 2.2.3 温度检测模块的设计24
• 2.2.4 压力检测及处理模块的设计24-26
• 2.2.5 A/D 转换模块的设计26-27
• 2.2.6 单片机控制模块的设计27-28
• 2.2.7 输入输出模块的设计28-30
• 2.2.8 电源模块的设计30-32
• 2.3 检测仪 PCB 板的设计32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 麦秸秆含水率检测仪软件系统的设计35-43
• 3.1 系统主程序的设计35-36
• 3.2 系统子程序的设计36-39
• 3.2.1 A/D 转换子程序的设计36-37
• 3.2.2 温度采集子程序的设计37-38
• 3.2.3 液晶显示子程序的设计38
• 3.2.4 按键识别子程序的设计38-39
• 3.3 检测仪各功能模块性能测试39-42
• 3.3.1 复阻抗检测及处理模块性能测试39-40
• 3.3.2 压力传感器的标定及性能检测40-41
• 3.3.3 温度检测模块性能测试41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 小麦秸秆的复阻抗与主要影响因素的关系43-54
• 4.1 小麦秸秆的复阻抗与主要影响因素的试验研究43-47
• 4.1.1 试验材料与设备43
• 4.1.2 试验方法43-45
• 4.1.3 试验步骤45
• 4.1.4 试验结果45-47
• 4.2 小麦秸秆含水率检测模型的建立与检验47-50
• 4.2.1 含水率检测模型的建立47-49
• 4.2.2 含水率检测模型的检验49-50
• 4.3 含水率计算子程序的设计50-51
• 4.4 麦秸秆含水率检测仪的含水率检测性能检验51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54
• 5.2 展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 作者简介61

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