一种粮食水分在线检测电路的制作方法

本发明是关于粮食检测电路的，具体来说是关于农业产品中粮食水分检测电路的。

背景技术：

粮食干燥是粮食安全储藏的重要步骤。粮食快速干燥需要使用粮食烘干设备，而在粮食干燥过程中，粮食水分的在线检测以及烘干机的控制是制约粮食干燥控制系统的首要问题。由于很多因素的影响，传统方法很难实现粮食干燥过程中水分的实时检测，以及干燥设备的智能控制。因此，应用现代技术手段以及理论方法来检测粮食水分，解决粮食水分检测在粮食干燥设备智能控制系统中存在的问题，对于提高干燥过程中谷物的品质与经济效益，具有十分重要的意义。

目前国内市场上用于粮食快速干燥的粮食水分检测技术均被国外垄断，而我国发明的粮食水分检测技术在干燥过程中粮食水分的测定是靠人工不间断取样测定，然后再进行控制。由于检测过程仅靠人工控制，导致被干燥粮食所含水分波动范围大，失控机会多，直接影响了粮食产量和品质的稳定性。因此，开发一种能够实现粮食干燥过程中水分在线准确检测，以及干燥设备的智能控制系统尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种粮食水分在线检测电路，该电路可以实时在线检测并显示粮食烘干机内的粮食水分，并且自动控制粮食烘干机的运转，从而防止粮食水分含量过高而产生霉变，可节约大量的人力和物力。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的粮食水分在线检测电路，是由电源供电电路、恒流源电路、单片机系统，以及通过数据线与单片机系统相连的信号放大电路、数码管显示电路、电机及烘干机控制系统、控制旋钮及按键电路和温度补偿电路组成，其中：电源供电电路与所述各电路相连；由稳压电路、恒流源测量电路相连而成的恒流源电路，其输出端与信号放大电路相连。

所述的恒流源电路由稳压电路、恒流源测量电路相连而组成，其中：所述的稳压电路由芯片Q1、电容及电阻组成，Q1采用TL431，由其构成的基准电压温飘小，又有相当的负载能力，且输出电压连续可调，通过参考极所并联的两个电阻R15和R16的阻值将输出电压引入反馈，再由电容C4和C8进行滤波，从而为恒流源测量电路提供稳定的+10V电压。所述的恒流源测量电路由U1、电容及电阻相连而组成，U1采用LM258，其通过接线端子P1将辊轮碾压后的粮食电阻与大电阻R2并联，从而使流经粮食电阻的电流恒定且较大；通过恒流源测量电路使粮食水分值不同时，粮食电阻上产生的电位差不同，并且将此电位差传输到信号放大电路进行放大。

所述的电机及烘干机控制系统由220V供电电压电路、稳压电路、继电器、继电器驱动电路、电容及电阻相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805；继电器驱动电路由U5及电阻相连而组成，U5采用达林顿管ULN2803；220V电压通过接线端子P2与压敏电阻RV1、RV2、RV3相连以及通过接线端子P3与保险丝相连，从而保护供电电压电路安全运行；U5通过“灌电流”来驱动继电器，同时U5的COM端与继电器的电源输入端相接，以削弱冲击电压，进而保护U5内部的三极管；U2通过与U5和单片机的第15-18引脚相连，进而通过继电器和接线端子P4控制电机的启停以及正反转，同时，通过继电器和接线端子P5与烘干机相连，控制烘干机是否继续运行。

所述的电源供电电路由变压器、桥式整流电路及滤波电路相连而组成，变压器与220V交流电相连，变压器通过接线端子P14与二极管所组成的桥式整流电路相连，桥式整流电路与滤波电路相连，从而使220V交流电转化为稳定直流电，并为恒流源电路、信号放大电路、数码管显示电路、电机及烘干机控制系统、单片机系统、控制旋钮及按键电路及温度补偿电路提供电压。

所述的信号放大电路由稳压电路、放大电路相连而组成，所述放大电路由U4、电容及电阻相连而组成，U4采用AD620；所述稳压电路选用芯片Q1、U2、U3、电容及电阻相连而组成，其中：Q1采用TL431，其通过电阻R17、R18与U4的第2引脚相连；来自恒流源测量电路的电位差信号通过电阻R8与U4的第5引脚相连，U4的第2和第5引脚构成差分信号，增量了电路的抗干扰能力；U2采用7805，其将桥式整流电路输出的正电压转化成+5V电压，并且经电容C6、C7滤波后，输出给U4的第7引脚；U3采用79L05，其将桥式整流电路输出的负电压转化成-5V电压，并且经电容C11、C12滤波后，输出给U4的第4引脚；U4的第1和第8引脚通过连接电阻R13，使来自恒流源测量电路的电位差进行增益放大，并且将放大后的信号传输给单片机。

所述的数码管显示电路由稳压电路、三极管驱动电路、数码管及电阻相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805，其通过上拉电阻R-1与三个共阴极数码管的第1-7、第10-11引脚相连，并与单片机第21-28引脚相连，从而控制所显示的内容；三极管驱动电路由三个三极管Q2、Q3、Q4及电阻相连而组成，Q2、Q3、Q4均采用9012，三个三极管中，其集电极接地，其发射极分别与数码管的第8、9以及12引脚相连，其基极分别与单片机的第29、30以及31引脚相连，从而控制数码管的亮灭；数码管采用三位八段共阴极数码管。

所述的单片机系统由稳压电路、U6相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805；U6采用STC15F2K08S2单片机，其第1-3引脚为A/D转换输入端，分别将水分设定值、水份微调值以及粮食含水量转化为数字量，第4、19引脚分别为自动测定和手动测定按键输入端，第5-8引脚为谷物种类选择输入端，第10引脚通过与U2相连，用于给单片机供电，第12-14引脚通过接线端子P6接RS232，用于程序下载，第15-18引脚输出分别用于控制电机的启停、正反转以及烘干机的运行，第20引脚用于与温度传感器进行通信，第21-28引脚输出控制数码管所显示的内容，第29-31引脚输出驱动数码管的亮灭，第32引脚输出控制LED灯的亮灭。

所述的控制旋钮及按键电路由稳压电路、二极管及电阻相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805，其通过与电阻相连方式提高其电平，从而使按键或旋钮可正常工作；手动测定按键通过接线端子P8与单片机的第19引脚相连，用于将检测方式设定为手动模式；自动测定按键通过接线端子P9与单片机的第4引脚相连，用于将检测方式设定为自动模式；LED灯通过接线端子P10与单片机的第32引脚相连，用于显示当前检测方式；粮食种类选择旋钮通过接线端子P11与单片机的第5-8引脚相连，用于选择待检测粮食种类；水分设定旋钮通过接线端子P12与单片机的第2引脚相连，用于设定粮食烘干机内的粮食水分目标值；水分微调旋钮通过接线端子P13与单片机的第1引脚相连，用于减小温度等外界因素对粮食水分测量值所带来的误差。

所述的温度补偿电路由稳压电路、温度传感器及电阻相连而组成，稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805，温度传感器采用DS18B20构成的T1温度传感器，其中：U2通过与T1第1引脚、上拉电阻R11相连，为T1提供+5V电压；T1的信号线通过上拉电阻R11与单片机的第20引脚相连，从而将温度变化及时传输给单片机进行处理。

本发明提供的上述的粮食水分在线检测电路，其应用是：采用恒流源电路测量粮食水分值；通过电机及烘干机控制系统来控制粮食烘干机的自动运行，实现生产过程自动化。

本发明的积极效果是：

1.测量响应速度快，精确度可高达±0.5％。

采用恒流源电路将粮食水分转化成电信号，使得测量电位差信号只与粮食电阻有关，同时，电位差信号由具有10位高速A/D转换功能的单片机处理转换成粮食水分值，测量响应速度快，精确度可高达±0.5％。

2.减少人力资源浪费，节约生产成本。

能实时在线检测并显示粮食水分，并且自动控制烘干机的运转，实现了生产过程自动化，可有效降低劳动强度，减少人力资源浪费，节约生产成本。

3.测量结果准确。

采用了温度补偿电路，当烘干机内的温度上升1℃时，粮食水分测量值将增加0.1％，其减小了烘干机内的环境温度对粮食水分测量值的影响，使得测量结果更准确。

4.实用性强。

电路结构简单，且可用于测定小麦、大麦、菜籽、稻谷、玉米等多种粮食水分值，成本低廉，实用性强。

附图说明

图1为本发明的电路原理方框图；

图2为本发明的电源供电电路；

图3为本发明的恒流源电路；

图4为本发明的信号放大电路；

图5为本发明的数码管显示电路；

图6为本发明的电机及烘干机控制系统；

图7为本发明的单片机系统；

图8为本发明的控制旋钮及按键电路；

图9为本发明的温度补偿电路。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的粮食水分在线检测电路，如图1所示，由电源供电电路、恒流源电路、信号放大电路、数码管显示电路、电机及烘干机控制系统、单片机系统、控制旋钮及按键电路和温度补偿电路组成，其中：电源供电电路与其它各电路相连；恒流源电路与信号放大电路相连；信号放大电路、数码管显示电路、电机及烘干机控制系统、控制旋钮及按键电路、温度补偿电路均通过数据线与单片机系统相连。

在图2中，所述的电源供电电路由变压器、桥式整流电路及滤波电路相连而组成，变压器与220V交流电相连，变压器通过接线端子P14与二极管所组成的桥式整流电路相连，桥式整流电路与滤波电路相连，从而使220V交流电转化为稳定直流电，并为恒流源电路、信号放大电路、数码管显示电路、电机及烘干机控制系统、单片机系统、控制旋钮及按键电路及温度补偿电路提供电压。

在图3中，所述的恒流源电路由稳压电路、恒流源测量电路相连而组成，其中：

所述的稳压电路由芯片Q1、电容及电阻组成，Q1采用TL431，由其构成的基准电压温飘小，又有相当的负载能力，且输出电压连续可调，通过参考极所并联的两个电阻R15和R16的阻值将输出电压引入反馈，再由电容C4和C8进行滤波，从而为恒流源测量电路提供稳定的+10V电压；

所述的恒流源测量电路由U1、电容及电阻相连而组成，U1采用LM258，其通过接线端子P1将辊轮碾压后的粮食电阻与大电阻R2(阻值为10MΩ)并联，从而使流经粮食电阻的电流恒定且较大；通过恒流源测量电路使粮食水分值不同时，粮食电阻上产生的电位差不同，并且将此电位差传输到信号放大电路进行放大。

在图4中，所述的信号放大电路由稳压电路、放大电路相连而组成，所述放大电路由U4、电容及电阻相连而组成，U4采用AD620；所述稳压电路选用芯片Q1、U2、U3、电容及电阻相连而组成，其中：Q1采用TL431，其通过电阻R17、R18与U4的第2引脚相连；来自恒流源测量电路的电位差信号通过电阻R8与U4的第5引脚相连，U4的第2和第5引脚构成差分信号，增量了电路的抗干扰能力；U2采用7805，其将桥式整流电路输出的正电压转化成+5V电压，并且经电容C6、C7滤波后，输出给U4的第7引脚；U3采用79L05，其将桥式整流电路输出的负电压转化成-5V电压，并且经电容C11、C12滤波后，输出给U4的第4引脚；U4的第1和第8引脚通过连接电阻R13，使来自恒流源测量电路的电位差进行增益放大，并且将放大后的信号传输给单片机。

在图5中，所述的数码管显示电路由稳压电路、三极管驱动电路、数码管及电阻相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805，其通过上拉电阻R-1与三个共阴极数码管的第1-7、第10-11引脚相连，并与单片机第21-28引脚相连，从而控制所显示的内容；三极管驱动电路由三个三极管Q2、Q3、Q4及电阻相连而组成，Q2、Q3、Q4均采用9012，三个三极管中，其集电极接地，其发射极分别与数码管的第8、9以及12引脚相连，其基极分别与单片机的第29、30以及31引脚相连，从而控制数码管的亮灭；数码管采用三位八段共阴极数码管。

在图6中，所述的电机及烘干机控制系统由220V供电电压电路、稳压电路、继电器、继电器驱动电路、电容及电阻相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805；继电器驱动电路由U5及电阻相连而组成，U5采用达林顿管ULN2803；220V电压通过接线端子P2与压敏电阻RV1、RV2、RV3相连以及通过接线端子P3与保险丝相连，从而保护供电电压电路安全运行；U5通过“灌电流”来驱动继电器，同时U5的COM端与继电器的电源输入端相接，以削弱冲击电压，进而保护U5内部的三极管；U2通过与U5和单片机的第15-18引脚相连，进而通过继电器和接线端子P4控制电机的启停以及正反转，同时，通过继电器和接线端子P5与烘干机相连，控制烘干机是否继续运行。

在图7中，所述的单片机系统由稳压电路、U6相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805；U6采用STC15F2K08S2单片机，其第1-3引脚为A/D转换输入端，分别将水分设定值、水份微调值以及粮食含水量转化为数字量，第4、19引脚分别为自动测定和手动测定按键输入端，第5-8引脚为谷物种类选择输入端，第10引脚通过与U2相连，用于给单片机供电，第12-14引脚通过接线端子P6接RS232，用于程序下载，第15-18引脚输出分别用于控制电机的启停、正反转以及烘干机的运行，第20引脚用于与温度传感器进行通信，第21-28引脚输出控制数码管所显示的内容，第29-31引脚输出驱动数码管的亮灭，第32引脚输出控制LED灯的亮灭。

在图8中，所述的控制旋钮及按键电路由稳压电路、二极管及电阻相连而组成，其中：稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805，其通过与电阻相连方式提高其电平，从而使按键或旋钮可正常工作；手动测定按键通过接线端子P8与单片机的第19引脚相连，用于将检测方式设定为手动模式；自动测定按键通过接线端子P9与单片机的第4引脚相连，用于将检测方式设定为自动模式；LED灯通过接线端子P10与单片机的第32引脚相连，用于显示当前检测方式；粮食种类选择旋钮通过接线端子P11与单片机的第5-8引脚相连，用于选择待检测粮食种类；水分设定旋钮通过接线端子P12与单片机的第2引脚相连，用于设定粮食烘干机内的粮食水分目标值；水分微调旋钮通过接线端子P13与单片机的第1引脚相连，用于减小温度等外界因素对粮食水分测量值所带来的误差。

在图9中，所述的温度补偿电路由稳压电路、温度传感器及电阻相连而组成，稳压电路由U2、电容及电阻相连而组成，U2采用7805，温度传感器采用DS18B20构成的T1温度传感器，其中：U2通过与T1第1引脚、上拉电阻R11相连，为T1提供+5V电压；T1的信号线通过上拉电阻R11与单片机的第20引脚相连，从而将温度变化及时传输给单片机进行处理。

本发明提供的粮食水分在线检测电路，其工作过程如下：

测量时，旋转“谷物种类选择”旋钮，选择烘干机所烘干的谷物种类，旋转“水分设定”旋钮，设定水分值，按下“自动测定”或“手动测定”按键，选择测定方式，然后按下“手动测定”按钮，此时，电机会反转30S，之后电机正转，数码管开始计数，当粮食颗粒被电机驱动的辊轮挤压测量100次后，电机反转，此时数码管显示的即为谷物平均水分值(测量值)。当测量值超出设定值2％时，水分检测仪每30min测量一次，烘干机继续工作；当测量值不超过设定值2％，但大于设定值时，水分检测仪每15min测量一次，烘干机继续工作；当测定值小于设定值时，水分检测电路及烘干机停止工作。