一种开合式电容水分分析仪的制作方法

本发明涉及一种水分仪，特别涉及一种开合式电容水分分析仪。

背景技术：

通常，现有的筒式水分仪包含有测量筒，在检测谷物水分、温度或其他数据时，将谷物放于测量筒内，然后向测量筒内施压，达到检测谷物数据的目的。但是传统的这种水分仪在操作时，基本上都是需要手动按压谷物，而人体的手部与谷物接触时，由于谷物的颗粒物大小远小于人体的手部大小，因而在按压谷物时，造成人体手部受到较大的压力而感受到疼痛的感觉，严重时能够造成人体手部受伤。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种开合式电容水分分析仪，该水分仪不仅能够保证在按压谷物时的安全性，而且能够便于携带。

为了实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种开合式电容水分分析仪，包括测量筒(2)和内置的集成电路控制模块，集成电路控制模块包括数据采集模块、主控模块、报警模块、按键模块和为上述供电的电源模块；所述数据采集模块，用于采集待检测谷物的重量、并检测流经所述待检测谷物的电流的频率,所述数据采集模块包括：压力采集子模块和频率采集子模块；所述压力采集子模块包括：压力传感器采集到的数据经过电阻r10和电阻r14发送至ad转换器，所述ad转换器的型号为hx711，所述ad转换器的引脚1连接电压vcc并通过电容c8、c9接地，并通过电感l1与引脚16相连，所述ad转换器的引脚2通过电阻r11连接至三极管q4的基极，所述三极管q4的发射极与所述电容vcc相连，所述三极管q4的集电极与所述ad转换器的引脚3相连，且所述引脚3与电压vdd相连，且所述电压vdd通过电阻r12所述ad转换器的引脚4相连，所述引脚4通过电阻r15与所述ad转换器的引脚5相连并接地，所述ad转换器的引脚6通过电容c15接地，所述ad转换器的引脚7和引脚8分别与所述压力传感器的数据分别与所述电阻r10和所述电阻r14相连，用于接收所述压力传感器采集到的数据，所述ad转换器的引脚11和引脚12分别与所述主控模块相连；频率采集子模块包括：电容传感器采集到的数据经过电阻r1电容c1和电容c3组成的滤波器后传输至电感lh1的引脚1，所述电感lh1的引脚3、引脚4和引脚5相连接，且均与电压vcc相连，所述电压vcc经过电容c2接地；所述电感lh1的引脚5通过电阻r2与所述电感lh1的引脚2连接至三极管q1的集电极，所述三极管q1的集电极与发射极之间并联电容c4，所述三极管q1的发射极通过并联连接的电容c8和电阻r8接地，所述三极管q1的基极通过电阻r4与电压vcc相连，且通过电阻r7与二极管d1的阳极相连，所述二极管d1的阴极接地；所述三极管的基极通过电容c6接地；所述三极管q1通过电容c5与三极管q2的基极相连，所述三极管q2的基极通过电阻r5与所述三极管q2的集电极相连并与电压vcc相连，所述三极管q2通过电阻r9接地；所述三极管q2发射极通过电容c7与三极管q3的基极相连，且所述三极管q3的基极通过电阻r6与所述三极管q3的集电极相连，且所述三极管q3的集电极通过电阻r3与电容l1与电压vcc相连，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极与脉冲计数器相连，所述脉冲计数器的输出端与所述主控模块相连，所述脉冲计数器的型号为：74hc4024d；

所述主控模块，由用于通过预设设定的计算规则，根据所述待检测谷物的所述重量和所述频率，确定所述待检测谷物的水分值，其中，所述主控模块由型号为pic18f458的单片机组成。

所述测量筒(2)的顶部安装有落料筒(1)，所述落料筒(1)的底部与测量筒(2)的顶部连接，并且所述落料筒(1)的底部设有与测量筒(2)顶部连通的料门(3)以及用于控制料门(3)开合的料门开关(16)，所述测量筒(2)的顶部设有外螺纹，落料筒(1)的底部设有与测量筒(2)顶部配合的内螺纹，所述落料筒(1)与测量筒(2)采用螺纹连接方式连接；所述测量筒(2)内设有用于采样的内电极(4)以及外电极(5)，所述内电极(4)以及外电极(5)均呈筒状，并且内电极(4)的直径小于外电极(5)的直径，所述测量筒(2)的底部通过一个安装支架(6)安装有一个压力传感器(7)，所述压力传感器(7)的安装位置在测量筒(2)位于内电极(4)和外电极(5)之间的区域的筒底；所述外电极(5)上设有温度传感器(8)，所述温度传感器(8)的测量端穿过外电极(5)，且位于测量筒(2)内的内电极(4)和外电极(5)之间的区域；所述压力传感器(7)、温度传感器(8)均与水分仪的单片机连接。

作为上述方案的进一步优化，所述数据采集模块还包括用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值的温度采集子模块，所述温度采集子模块包括：温度传感器与电容c11相连，且所述电容c11的一端通过电阻r9连接到电压vcc，另一端通过连接至所述主控模块，且通过电阻r13、电容c13接地；

所述主控模块，用于通过预设设定的计算规则，根据所述待检测谷物的所述重量、所述频率和所述温度值，确定所述待检测谷物的水分值。

作为上述方案的进一步优化，所述测量筒(2)的顶部设有一个与测量筒(2)连为一体的连接部(9)，所述连接部(9)呈倒锥形，连接部(9)的侧面设有外螺纹，所述落料筒(1)的底部与测量筒(2)的连接部相匹配。

作为上述方案的进一步优化，所述落料筒(1)的顶部设有一个漏斗(10)。

作为上述方案的进一步优化，所述内电极(4)的顶圈上安装有一个锥形的分料器(11)，所述分料器(11)的锥顶朝向测量筒(2)的上方，并且所述分料器(11)覆盖住内电极(4)所述围成的区域。

作为上述方案的进一步优化，所述温度传感器(8)设有两个，并且每个温度传感器(8)的尾部均安装有一根连接杆(12)。

作为上述方案的进一步优化，所述测量筒(2)的底盖为一个圆形的盖板(13)，所述盖板(13)的边缘设有一圈挡板ⅰ(14)，盖板(13)的中部设有一圈挡板ⅱ(15)，所述挡板ⅰ(14)以及挡板ⅱ(15)的圆心均为盖板(13)的圆心，并且挡板ⅰ(14)和挡板ⅱ(15)之间的距离与外电极(5)和内电极(4)之间的距离相适应。

作为上述方案的进一步优化，所述外电极(5)的底部固定在挡板ⅰ(14)的内壁上，内电极(4)的底部固定在挡板ⅱ(15)的外壁上。

作为上述方案的进一步优化，所述报警模块，用于所述主控模块根据所述水分值进行报警；所述报警模块包括：语音控制芯片u7和扬声器spk1，所述语音控制芯片u7的引脚2和引脚3与spk1相连，所述语音控制芯片u7的引脚1和与电容c14的一端相连，所述电容c14的另一端与所述语音控制芯片u7的引脚5相连；所述语音控制芯片u7的引脚6、引脚7和引脚8分别与所述主控模块相连，其中，所述语音控制芯片u7的型号为：sc8035。

作为上述方案的进一步优化，所述按键模块包括：按键信号输出模块u5，所述按键信号输出模块u5的引脚1至引脚7分别为：key_ok、key_up、key_down、key_choose、接地、keyon/off_down、keyon/off，所述按键信号输出模块u5的引脚1至引脚4分别与按键s2、s3、s4、s5相连，所述按键信号输出模块u5的引脚7与按键s1的一端相连，且连接于三极管q5的基极，所述三极管q5的集电极和发射极分别接地；所述三极管q5的基极与光电耦合器u6的引脚3相连，所述光电耦合器u6的引脚4通过电阻连接到工作电压；所述光电耦合器u6的引脚1和引脚2与所述主控模块相连。

采用上述技术方案，本发明在检测时，通过落料筒将谷物落进测量筒内，当测量筒装满谷物时，能够关闭落料筒的料门开关，再旋紧落料筒，从而实现按压谷物，避免人手直接按压时造成的不适感。本发明的落料筒相当于在传统测量筒的基础上，额外提供一个按压装置，该按压装置不仅能够按压谷物，而且还能够有效的防止谷物溢出的现象。本发明将压力传感器通过安装支架安装到测量筒的底部，而且将温度传感器直接安装到外电极上，相比于传统的筒式水分仪，很大程度上减轻了水分仪的整体重量，从而方便了携带。

本发明的一种开合式电容水分分析仪，可以提供一种体积小、携带方便的水分分析仪；本发明的一种开合式电容水分分析仪，通过获取周围环境温度，消除温度值对待检测谷物温度的影响，能够进一步提高水分分析仪测量检测谷物所获得水分值的准确率；本发明的一种开合式电容水分分析仪，能够根据测量结果进行报警，能够提醒用户测量结果，以便用户进行进一步处理，且不用用户一直处于对设备的监控状态，提高了用户体验。本发明的一种开合式电容水分分析仪，通过水分采集模块总的重量采集电路和频率采集电路来实现对水分的采集，能够提高电容式水分分析仪的测量结果的准确性，提高水分分析仪的性能；本发明的一种开合式电容水分分析仪，通过按键设置用于进行温度、水分的参数，能够增强本发明所述水分分析仪的人机交互性。

附图说明

图1是本发明落料筒的主视图；

图2是本发明测量筒的主视图；

图3是本发明测量筒的左视图；

图4是本发明测量筒的俯视图；

图5是图3的a-a剖视图；

图6是本发明测量筒的立体图。

图7是本发明的采集模块的电路图；

图8是本发明的电压转换的电路图；

图9是本发明的显示电路的电路图；

图10为主控模块的电路图；

图11为温度采集的电路图；

图12为报警模块的电路图；

图13为按键模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对实施例的描述，对本方面进行进一步的说明。

如图1～13所示，本发明公开了一种开合式电容水分分析仪，包括测量筒(2)和内置的集成电路控制模块，测量筒2的顶部安装有落料筒1，落料筒1的底部与测量筒2的顶部连接，并且落料筒1的底部设有与测量筒2顶部连通的料门3以及用于控制料门3开合的料门开关16。落料筒1的顶部设有一个漏斗10，便于向落料筒1内加入谷物。测量筒2的顶部设有一个与测量筒2连为一体的连接部9，连接部9呈倒锥形，连接部9的侧面设有外螺纹，落料筒1的底部与测量筒2的连接部相匹配，通过连接部9的设置，在旋紧落料筒1时，相当于增加了落料筒1底部的厚度，从而相当于增加了落料筒1的预紧力，同时，能够保证落料筒1旋紧时的紧固程度，提高测量精度。

集成电路控制模块包括数据采集模块、主控模块、报警模块、按键模块和为上述供电的电源模块；参见图7，图7为数据采集模块的电路图；所述数据采集模块，用于采集待检测谷物的重量、并检测流经所述待检测谷物的电流的频率,所述数据采集模块包括：压力采集子模块和频率采集子模块；所述压力采集子模块包括：压力传感器采集到的数据经过电阻r10和电阻r14发送至ad转换器，所述ad转换器的型号为hx711，所述ad转换器的引脚1连接电压vcc并通过电容c8、c9接地，并通过电感l1与引脚16相连，所述ad转换器的引脚2通过电阻r11连接至三极管q4的基极，所述三极管q4的发射极与所述电容vcc相连，所述三极管q4的集电极与所述ad转换器的引脚3相连，且所述引脚3与电压vdd相连，且所述电压vdd通过电阻r12所述ad转换器的引脚4相连，所述引脚4通过电阻r15与所述ad转换器的引脚5相连并接地，所述ad转换器的引脚6通过电容c15接地，所述ad转换器的引脚7和引脚8分别与所述压力传感器的数据分别与所述电阻r10和所述电阻r14相连，用于接收所述压力传感器采集到的数据，所述ad转换器的引脚11和引脚12分别与所述主控模块相连；频率采集子模块包括：电容传感器采集到的数据经过电阻r1电容c1和电容c3组成的滤波器后传输至电感lh1的引脚1，所述电感lh1的引脚3、引脚4和引脚5相连接，且均与电压vcc相连，所述电压vcc经过电容c2接地；所述电感lh1的引脚5通过电阻r2与所述电感lh1的引脚2连接至三极管q1的集电极，所述三极管q1的集电极与发射极之间并联电容c4，所述三极管q1的发射极通过并联连接的电容c8和电阻r8接地，所述三极管q1的基极通过电阻r4与电压vcc相连，且通过电阻r7与二极管d1的阳极相连，所述二极管d1的阴极接地；所述三极管的基极通过电容c6接地；所述三极管q1通过电容c5与三极管q2的基极相连，所述三极管q2的基极通过电阻r5与所述三极管q2的集电极相连并与电压vcc相连，所述三极管q2通过电阻r9接地；所述三极管q2发射极通过电容c7与三极管q3的基极相连，且所述三极管q3的基极通过电阻r6与所述三极管q3的集电极相连，且所述三极管q3的集电极通过电阻r3与电容l1与电压vcc相连，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极与脉冲计数器相连，所述脉冲计数器的输出端与所述主控模块相连，所述脉冲计数器的型号为：74hc4024d；通过引脚4与主控模块的cap_out相连；

所述主控模块，由用于通过预设设定的计算规则，根据所述待检测谷物的所述重量和所述频率，确定所述待检测谷物的水分值，其中，所述主控模块由型号为pic18f458的单片机组成。

本发明实施例中的数据采集电路和主控电路所需要的工作电压可以采用如图8所示的电压转换电路实现，u3为电源connector用于接收输入电压，经过电容c1滤波后输入至电压转换芯片u1，具体的电压转换芯片的型号为spx1117-5.0，u1经过变压输出后经过电容c2滤波并通过二极管d1后输出电压vcc_1，然后连接电容c3并将滤波后的电压输入至电压转换芯片u2，u2输出端与电容c4相连，输出电压vcc，且电容c4的另一端接地。

具体的，便携式水分分析仪还可以包括显示模块，可以有lcd显示屏与主控模块相连进行实现，如图9所示，lcd的型号为jlx12864g-332-2-bn，引脚1和引脚2连接vcc，引脚4-引脚7、引脚10-引脚13分别通过lcd_d7至lcd_d4、lcd_d3至lcd_d0和主控模块的数据引脚相连，引脚8-引脚9通过控制信号lcd_on、lcd_cd，引脚14-引脚16通过控制信号lcd_rd、lcd_rw、lcd_rs与所述主控芯片相连，图10为所述主控模块的各个引脚示意图。

可见，应用本发明实施例，通过数据采集模块和主控模块就能够实现电容式水分分析的对待检测谷物的检测，且电路相对简单即可实现不需要占用多过的空间，因此可以实现体积较小的水分分析仪，由于体积较小可便于携带。

可以理解的是，数据采集模块可以采集到谷物的总量，具体的，可以通过压力传感器获得待检测谷物的重量。传感传感器通过待检测谷物对传感器造成的压力，进而获得所有待检测谷物的重量。另外，待检测谷物的频率可以通过电容式传感器获得。具体的，电容式传感器是将被测物非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它具有分辨率高、可进行非接触测量，并能在高温、低温和强辐射等环境中工作的优点。随着集成电路电子技术和计算机技术的发展，电容式传感器将成为一种前景广阔的传感器。

本发明实施例中，电容式传感器采用同轴圆筒，由两个同心金属圆柱筒面组成。设两圆柱面的长度为l，半径分别为ar和br，如图1所示。当l>>(br—ar)时,则可将两端边缘处电场不均匀性的影响忽略。这样，圆筒形电容器的电容为ln(π2abrrcε)式中ε为介质的介电常数。

在获得重量和频率以后，将其发送到主控模块，主控模块可以根据预先存储的计算规则，通过频率和重量的数值获得水分值，还可以将其发送至显示模块。

示例性的，计算规则可以为:

m＝a1+a2xc+a3xcxt+a4xc²

式中，m为谷物水分值；xc为谷物频率；a0，a1，a2，a3，a4分别为根据估值设定的系数。

可以理解的是，测量到的谷物的水分值与谷物所在的环境有着密切的关系，例如的温度对谷物的水分值具有不同的影响，基于此，本发明实施例中，还要测量待检测谷物所在环境的温度，进一步的，所述数据采集模块还包括用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值的温度采集子模块，如图5所示，所述温度采集子模块包括：温度传感器与电容c11相连，且所述电容c11的一端通过电阻r9连接到电压vcc，另一端通过连接至所述主控模块，且通过电阻r13、电容c13接地；所述主控模块，用于通过预设设定的计算规则，根据所述待检测谷物的所述重量、所述频率和所述温度值，确定所述待检测谷物的水分值。

具体的，计算规则可以为：

m＝a0xt+a1+a2xc+a3xcxt+a4xc²

其中，a0为根据温度值设定的温度系数，xt为温度值。

应用本发明图11所示的实施例，能够进一步消除温度对待检测谷物的测量水分值的影响，能够进一步提高水分分析仪测量检测谷物所获得水分值的准确率。

本发明实施例中，具体的计算公式仅仅是本发明的一个实施例，不构成对本发明的具体限定。

参见图12，所述报警模块，用于所述主控模块根据所述水分值进行报警；所述报警模块包括：语音控制芯片u7和扬声器spk1，所述语音控制芯片u7的引脚2和引脚3与spk1相连，所述语音控制芯片u7的引脚1和与电容c14的一端相连，所述电容c14的另一端与所述语音控制芯片u7的引脚5相连；所述语音控制芯片u7的引脚6、引脚7和引脚8分别与所述主控模块相连，其中，所述语音控制芯片u7的型号为：sc8035。

应用本发明图12所示的实施例，可以接收主控模块发送的信号，用于进行语音播报达到报警的目的，不需要用户进行监控，通过语音报警就能够达到提醒用户的目的。能够根据测量结果进行报警，能够提醒用户测量结果，以便用户进行进一步处理，且不用用户一直处于对设备的监控状态，提高了用户体验。

参见图13，图7为按键模块的电路图，所述按键模块包括：按键信号输出模块u5，所述按键信号输出模块u5的引脚1至引脚7分别为：key_ok、key_up、key_down、key_choose、接地、keyon/off_down、keyon/off，所述按键信号输出模块u5的引脚1至引脚4分别与按键s2、s3、s4、s5相连，所述按键信号输出模块u5的引脚7与按键s1的一端相连，且连接于三极管q5的基极，所述三极管q5的集电极和发射极分别接地；所述三极管q5的基极与光电耦合器u6的引脚3相连，所述光电耦合器u6的引脚4通过电阻连接到工作电压；所述光电耦合器u6的引脚1和引脚2与所述主控模块相连。

测量筒2的顶部设有外螺纹，落料筒1的底部设有与测量筒2顶部配合的内螺纹，落料筒1与测量筒2采用螺纹连接方式连接。测量筒2内设有用于采样的内电极4以及外电极5，内电极4以及外电极5均呈筒状，并且内电极4的直径小于外电极5的直径。内电极4的顶圈上安装有一个锥形的分料器11，分料器11的锥顶朝向测量筒2的上方，并且分料器11覆盖住内电极4所述围成的区域，这样避免了谷物落入内电极4围成的区域，提高测量精度。测量筒2的底部通过一个安装支架6安装有一个压力传感器7，压力传感器7的安装位置在测量筒2位于内电极4和外电极5之间的区域的筒底。

外电极5上设有温度传感器8，温度传感器8的测量端穿过外电极5，且位于测量筒2内的内电极4和外电极5之间的区域，温度传感器8设有两个，并且每个温度传感器8的尾部均安装有一根连接杆12，用于与单片机(图中未画出)连接。

压力传感器7、温度传感器8均与水分仪的单片机连接。

本发明为了能够简化测量筒2的结构，减轻测量筒2的重量，并且同时提高测量筒2与安装支架6的连接强度，保证检测精度，将测量筒2的底盖设置为一个圆形的盖板13，盖板13的边缘设有一圈挡板ⅰ14，盖板13的中部设有一圈挡板ⅱ15，挡板ⅰ14以及挡板ⅱ15的圆心均为盖板13的圆心，并且挡板ⅰ14和挡板ⅱ15之间的距离与外电极5和内电极4之间的距离相适应。并且使安装支架6通过螺栓与盖板13固定。本发明的外电极5的底部固定在挡板ⅰ14的内壁上，内电极4的底部固定在挡板ⅱ15的外壁上。

本发明在检测时，通过落料筒1将谷物落进测量筒2内，当测量筒2装满谷物时，能够关闭落料筒1的料门开关16，再旋紧落料筒1，从而实现按压谷物，避免人手直接按压时造成的不适感。

本发明的落料筒1相当于在传统测量筒2的基础上，额外提供一个按压装置，该按压装置不仅能够按压谷物，而且还能够有效的防止谷物溢出的现象。本发明将压力传感器7通过安装支架6安装到测量筒2的底部，而且将温度传感器8直接安装到外电极5上，相比于传统的筒式水分仪，很大程度上减轻了水分仪的整体重量，从而方便了携带。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。