基于扦糧器的糧食水分檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于糧食水分檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于扦糧器的糧食水分檢測裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 收購糧食時(shí)，需要對糧食水分含量進(jìn)行檢測。糧食含水量過高浪費(fèi)運(yùn)力和倉容，促 使糧食生命活動(dòng)旺盛，容易引起糧食發(fā)熱、霉變、生蟲和發(fā)生其他變化，在我國由于水分檢 測技術(shù)的不完善，我國是糧食大國，每年有數(shù)百億斤的糧食因水分含量過高在運(yùn)輸和儲藏 過程中霉?fàn)€變質(zhì)，造成了巨大損失。糧食水分是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，在糧食的運(yùn)輸、儲存、 加工時(shí)需要對糧食水分含量進(jìn)行檢測。因此，糧食水分檢測具有十分重要的意義。
[0003] 傳統(tǒng)的糧食水分檢測是通過直接去除糧食中的水分，檢測出樣品的絕對含水量。 其中干燥法主要是電烘箱、紅外、微波加熱去除水分;化學(xué)法主要是蒸餾法、卡爾?費(fèi)休法 和碳化鈣法等。這些方法的檢測精度高，適用于實(shí)驗(yàn)室檢測，但需要時(shí)間較長，不能在現(xiàn)場 直接應(yīng)用。目前在國內(nèi)糧食收購時(shí)，仍然存在手摸牙咬，憑經(jīng)驗(yàn)來判斷糧食的水分，測定結(jié) 果極不可靠。因此，近年來人們越來越重視研究糧食水分的快速檢測。
[0004] 扦糧器是一種用于對袋裝糧食取樣的常用工具，采用半封閉的錐形鋼制結(jié)構(gòu)。目 前扦糧器的作用是將袋裝糧食取出來供檢驗(yàn)員勘驗(yàn)糧食的質(zhì)量，并不具備糧食水分檢測功 能，檢驗(yàn)員在收糧時(shí)，一方面要用扦糧器取糧食觀察糧食的顆粒度、完整度等外觀指標(biāo)，還 要手摸牙咬，評經(jīng)驗(yàn)估計(jì)糧食水分。本發(fā)明就是在扦糧器上附加電容使水分檢測裝置，使扦 糧器再糧食取樣過程中同時(shí)具備水分檢測功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種可提高收糧工作效率的基于扦糧器的糧食水 分檢測裝置。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:本發(fā)明包括扦糧器，扦糧器包括后端 手柄和前部插入體;插入體前端為錐形尖頭，其后為圓型槽的半封閉空間;插入體的半封閉 空間的內(nèi)壁設(shè)置有沿插入體長度方向的形狀為條形的電容傳感器;電容傳感器的輸出端口 與扦糧器外側(cè)的電容檢測電路的輸入端口相連，電容檢測電路的輸出端口與A/D轉(zhuǎn)換電路 的輸入端口相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端口與單片機(jī)的信號輸入端口相連，單片機(jī)的顯示信 號輸出端口與LED顯不部分的顯不信號輸入端口相連，單片機(jī)的按鍵信號輸入端口與按鍵 相連;所述電容檢測電路的電源輸入端口、A/D轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端口、單片機(jī)的電源輸 入端口、LED顯示部分的電源輸入端口分別與電源電路的電源輸出端口相連。
[0007] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述電容傳感器采用柔性電路板，柔性電路板上設(shè)置 有依次相鄰排列設(shè)置的三片銅極板，相鄰銅極板的對應(yīng)邊均為對應(yīng)的梳狀。
[0008] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述電容傳感器的輸出端口采用四指金手指接頭； 金手指接頭的金手指間距為〇. 5_，補(bǔ)強(qiáng)厚度0.3mm;每一個(gè)銅極板與對應(yīng)的金手指相連;除 極板及與極板相連的導(dǎo)線以外的柔性電路板上全部覆銅并接地線，地線連接到對應(yīng)的一個(gè) 金手指。
[0009]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述三片銅極板的整體形狀為長方形，長方形的長 度為100mm，寬度為21mm，相鄰銅極板對應(yīng)邊間隙均為0.2mm，三片銅極板分別通過導(dǎo)線與金 手指接頭相連。
[0010] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述電容檢測電路包括max4066芯片U31、0P07CP芯 片U32和0P07CP芯片U33，U31的1、9、3、11引腳與所述金手指接頭的四金手指對應(yīng)相連，U31 的8引腳分別與U32的2引腳、電容C321-端、電阻R321-端相連，R321另一端分別與C321另 一端、U32的6引腳、電阻R331-端相連，R331另一端分別與U33的2引腳、電阻R332-端相連， R332另一端分別與U33的6引腳、A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端口相連;所述U31的邏輯控制輸入端 口與分頻取反電路的輸出端口相連，分頻取反電路的輸入端口與所述單片機(jī)的ALE端相連， 單片機(jī)采用12M晶振，所述單片機(jī)采用89C51芯片U41。
[0011] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述分頻取反電路采用⑶4017芯片U11和⑶4069芯 片U12，U11的12引腳與U12的1引腳相連。
[0012] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述電源電路采用ICL7662芯片U22和7805芯片U21， U22的2、4引腳分別與10yF電容C221兩端相連，U22的8引腳與9V電池正極端相連，U22的5引 腳通過10yF電容C222接地;U21的3引腳與9V電池正極端相連。
[0013] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述LED顯示部分采用74HC573芯片U43、U44，U41的 39~32引腳分別與U43的2~9引腳、U44的2~9引腳對應(yīng)連接。
[00M]其次，本發(fā)明所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用TLC549芯片U42，U42的2引腳與所述U33的6弓| 腳相連，U42的7引腳與所述U41的1引腳相連，U42的6引腳與所述U41的2引腳相連，U42的59 弓丨腳與所述U41的8引腳相連。
[0015] 另外，本發(fā)明所述三片銅極板中的一片銅極板上施加電壓為U的充電電壓，扦糧器 內(nèi)部半封閉空間內(nèi)銅極板間的電容為。
[0016] 其中，為扦糧器內(nèi)部糧食的介電常數(shù)，E為充電電壓在內(nèi)部空間形成的電場強(qiáng)度;Q 表示極板電荷量，表示面積元素;扦糧器內(nèi)部銅極板間的電容與糧食介電常數(shù)呈正相關(guān)性， 介電常數(shù)由糧食水分含量確定，極板間的電容值與糧食的水分含量是正相關(guān)的。
[0017 ]利用直流充放電法檢測電容值的輸出電壓V等于。 V = j-Cx-Vc-R
[0018] 其中f為激勵(lì)信號頻率，Cx為被測電容，Vc為充電電壓，R為充放電回路的等效電阻； 所述激勵(lì)信號頻率是U41通過U11、U31激勵(lì)產(chǎn)生。通過檢測電容檢測電路的電壓值達(dá)到檢測 糧食水分含量的目的。
[0019] 本發(fā)明有益效果。
[0020] 本發(fā)明提供一種基于扦糧器的糧食水分快速檢測裝置，使糧食檢驗(yàn)員在收糧的時(shí) 候，利用扦糧器在取糧樣的同時(shí)可以快速而準(zhǔn)確地估計(jì)糧食的水分含量，簡化工作步驟，提 高工作效率。
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限 于以下內(nèi)容的表述。
[0022] 圖1是本發(fā)明電路原理框圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明單片機(jī)部分電路原理圖。
[0024]圖3是本發(fā)明LED顯示部分電路原理圖。
[0025]圖4是本發(fā)明A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖。
[0026]圖5是本發(fā)明電容檢測電路原理圖。
[0027]圖6是本發(fā)明充/放電電容電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖。
[0028]圖7是本發(fā)明脈沖信號波形圖。
[0029]圖8是本發(fā)明電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖9是本發(fā)明電源電路原理圖。
[0031] 圖10是本發(fā)明的脈沖信號分頻及脈沖信號取反電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖所示，本發(fā)明包括扦糧器，扦糧器包括后端手柄和前部插入體;插入體前端為 錐形尖頭，其后為圓型槽的半封閉空間；插入體的半封閉空間的內(nèi)壁設(shè)置有沿插入體長度 方向的形狀為條形的電容傳感器;電容傳感器的輸出端口與扦糧器外側(cè)的電容檢測電路的 輸入端口相連，電容檢測電路的輸出端口與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端口相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的 輸出端口與單片機(jī)的信號輸入端口相連，單片機(jī)的顯示信號輸出端口與LED顯示部分的顯 示信號輸入端口相連，單片機(jī)的按鍵信號輸入端口與按鍵相連;所述電容檢測電路的電源 輸入端口、A/D轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端口、單片機(jī)的電源輸入端口、LED顯示部分的電源輸入 端口分別與電源電路的電源輸出端口相連。
[0033]所述電容傳感器采用柔性電路板(FPCB)，柔性電路板上設(shè)置有依次相鄰排列設(shè)置 的三片銅極板，相鄰銅極板的對應(yīng)邊均為對應(yīng)的梳狀。
[0034] 發(fā)明人的研發(fā)過程:起初的想法是制作兩個(gè)相同面積的銅極板，將銅極板固定在 糧扦內(nèi)部，就組成一個(gè)電容傳感器，首先使用〇. 2mm薄銅板制作出lcm X 10cm的銅極板放于 糧扦內(nèi)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于糧扦器是鐵制作而成，它是一個(gè)導(dǎo)體，很難控制其絕緣性。
[0035] 為解決絕緣性，我們將薄銅板改進(jìn)成背面帶膠的銅箱紙。需要將傳感器置于糧扦 的前端，這時(shí)導(dǎo)線連接帶來的干擾問題又很難解決。
[0036]通過研究電路板制作方法，我們采用FPCB(柔性電路板)工藝來制作電容傳感器， 能很好的解決上述的問題。
[0037] 使用Altium Designer軟件畫出PCB板，送到FPC制作工廠加工。傳感器由三片銅極 板組成，并且成梳狀分布，這樣可以增加本體電容的大小，每兩片之間都能組成一個(gè)電容傳 感器，這樣方便多點(diǎn)檢測，增加傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在傳感器后方的連接部分使用金手指 接頭設(shè)計(jì)，這樣方便后續(xù)檢測電路通過連接器連接傳感器。
[0038]所述電容傳感器的輸出端口采用四指金手指接頭；金手指接頭的金手指間距為 〇.5mm，補(bǔ)強(qiáng)厚度0.3_;每一個(gè)銅極板與對應(yīng)的金手指相連;除極板及與極板相連的導(dǎo)線以 外的柔性電路板上全部覆銅并接地線，地線連接到對應(yīng)的一個(gè)金手指。
[0039] 所述三片銅極板的整體形狀為長方形，長方形的長度為100mm，寬度為21mm，相鄰 銅極板對應(yīng)邊間隙均為〇.2_，三片銅極板分別通過導(dǎo)線與金手指接頭相連。
[0040] 所述電容檢測電路包括max4066芯片U31、0P07CP芯片U32和0P07CP芯片U33，U31的 1、9、3、11引腳與所述金手指接頭的四金手指對應(yīng)相連，U31的8引腳分別與U32的2引腳、電 容C321-端、電阻R321-端相連，R321另一端分別與C321另一端、U32的6引腳、電阻R331 - 端相連，R331另一端分別與U33的2引腳、電阻R332-端相連，R332另一端分別與U33的6引 腳、A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端口相連;所述U31的邏輯控制輸入端口與分頻取反電路的輸出端 口相連，分頻取反電路的輸入端口與所述單片機(jī)的ALE端相連，單片機(jī)采用12M晶振，所述單 片機(jī)采用89C51芯片U41。
[0041 ]電容檢測電路的種類非常多，比如:交流激勵(lì)法電容檢測電路、交