一種水分分析儀機器水分監測方法與流程

本發明涉及水分分析領域，特別涉及一種水分分析儀及其水分監測方法。

背景技術：

谷物含水率是特定谷物中包含的水分與重量的比值，是影響谷物品質的一個重要因素。實際應用中，谷物含水率可以決定了谷物貯藏的安全性，也同樣谷物加工工藝與流通過程需要用到。例如在谷物的加工過程需要進行干燥，干燥是要達到減少谷物中水分含量的目的，通常是采用同熱風或者直接對谷物進行加熱，以降低谷物的含水率，但是干燥到什么程度可以停止，需要由獲得的谷物含水率進行決定。從而，在對谷物的加工過程中可以不影響谷物營養成分及品質。

現有技術中的水分分析直接通過電容傳感器獲得待檢測谷物的水分值，并未考慮到周圍環境對于水分值的影響，影響測量結果的準確性不高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種水分分析儀，其特征在于，包括：電源模塊、主控模塊、數據采集模塊、顯示模塊、報警模塊，所述電源模塊分別為所述主控模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述報警模塊提供工作電壓；所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述報警模塊分別與所述主控模塊相連，所述主控模塊用于根據所述數據采集模塊所采集到的數據以及接收所述顯示模塊的控制命令用于控制所述報警模塊，所述主控模塊由型號為pic18f458的單片機組成；

所述數據采集模塊包括：溫度采集子模塊、頻率采集子模塊和壓力采集子模塊；所述壓力采集子模塊包括：壓力傳感器采集到的數據經過電阻r10和電阻r14發送至ad轉換器，所述ad轉換器的型號為hx711，所述ad轉換器的引腳1連接電壓vcc并通過電容c8、c9接地，并通過電感l1與引腳16相連，所述ad轉換器的引腳2通過電阻r11連接至三極管q4的基極，所述三極管q4的發射極與所述電容vcc相連，所述三極管q4的集電極與所述ad轉換器的引腳3相連，且所述引腳3與電壓vdd相連，且所述電壓vdd通過電阻r12所述ad轉換器的引腳4相連，所述引腳4通過電阻r15與所述ad轉換器的引腳5相連并接地，所述ad轉換器的引腳6通過電容c15接地，所述ad轉換器的引腳7和引腳8分別與所述壓力傳感器的數據分別與所述電阻r10和所述電阻r14相連，用于接收所述壓力傳感器采集到的數據，所述ad轉換器的引腳11和引腳12分別與所述主控模塊相連；頻率采集子模塊包括：電容傳感器采集到的數據經過電阻r1電容c1和電容c3組成的濾波器后傳輸至電感lh1的引腳1，所述電感lh1的引腳3、引腳4和引腳5相連接，且均與電壓vcc相連，所述電壓vcc經過電容c2接地；所述電感lh1的引腳5通過電阻r2與所述電感lh1的引腳2連接至三極管q1的集電極，所述三極管q1的集電極與發射極之間并聯電容c4，所述三極管q1的發射極通過并聯連接的電容c8和電阻r8接地，所述三極管q1的基極通過電阻r4與電壓vcc相連，且通過電阻r7與二極管d1的陽極相連，所述二極管d1的陰極接地；所述三極管的基極通過電容c6接地；所述三極管q1通過電容c5與三極管q2的基極相連，所述三極管q2的基極通過電阻r5與所述三極管q2的集電極相連并與電壓vcc相連，所述三極管q2通過電阻r9接地；所述三極管q2發射極通過電容c7與三極管q3的基極相連，且所述三極管q3的基極通過電阻r6與所述三極管q3的集電極相連，且所述三極管q3的集電極通過電阻r3與電容l1與電壓vcc相連，所述三極管q3的發射極接地，所述三極管q3的集電極與脈沖計數器相連，所述脈沖計數器的輸出端與所述主控模塊相連，所述脈沖計數器的型號為：74hc4024d；所述溫度采集子模塊包括：溫度傳感器與電容c11相連，且所述電容c11的一端通過電阻r9連接到電壓vcc，另一端通過連接至所述主控模塊，且通過電阻r13、電容c13接地；所述顯示模塊包括：lcd的型號為jlx12864g-332-2-bn，所述lcd的數據總線引腳1和引腳2連接vcc，引腳4至引腳7、引腳10至引腳13分別通過lcd_d7至lcd_d4、lcd_d3至lcd_d0和所述主控模塊的數據引腳相連，引腳8至引腳9通過控制信號lcd_on、lcd_cd，以及引腳14-引腳16通過控制信號lcd_rd、lcd_rw、lcd_rs與所述主控模塊相連。

可選的，所述電源模塊包括：

輸入模塊u3為電源接口用于接收輸入電壓，經過電容c1濾波后輸入至電壓轉換芯片u1，所述電壓轉換芯片u1的型號為spx1117-5.0，所述電壓轉換芯片u1經過變壓輸出后經過電容c2濾波并通過二極管d1后輸出電壓vcc_1，所述輸出電壓vcc_1連接電容c3并將濾波后的電壓輸入至電壓轉換芯片u2，所述電壓轉換芯片u2輸出端與電容c4相連，輸出電壓vcc，且電容c4的另一端接地。

可選的，還包括：按鍵模塊，所述按鍵模塊與所述主控模塊相連；

所述按鍵模塊包括：按鍵信號輸出模塊u5，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳1至引腳7分別為：key_ok、key_up、key_down、key_choose、接地、keyon/off_down、keyon/off，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳1至引腳4分別與按鍵s2、s3、s4、s5相連，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳7與按鍵s1的一端相連，且連接于三極管q5的基極，所述三極管q5的集電極和發射極分別接地；所述三極管q5的基極與光電耦合器u6的引腳3相連，所述光電耦合器u6的引腳4通過電阻連接到工作電壓；所述光電耦合器u6的引腳1和引腳2與所述主控模塊相連。

可選的，所述報警模塊包括：語音控制芯片u7和揚聲器spk1，所述語音控制芯片u7的引腳2和引腳3與spk1相連，所述語音控制芯片u7的引腳1和與電容c14的一端相連，所述電容c14的另一端與所述語音控制芯片u7的引腳5相連；所述語音控制芯片u7的引腳6、引腳7和引腳8分別與所述主控模塊相連，其中，所述語音控制芯片u7的型號為：sc8035。

為解決現有技術問題本發明實施例還提供一種水分分析儀的水分監測方法，所述方法包括步驟：

獲得待檢測谷物，并放置于待檢測區域內；

通過電機轉動帶動所述待檢測區域中的待檢測谷物運動并放置于谷物電容傳感器的腔體內部；

采集此時的谷物溫度值和電容值；

主控器接收所述溫度和所述電容值，并計算計算所述待檢測谷物的含水率；

所述主控器控制所述電機啟動排出所述待檢測谷物。

與現有技術相比，本發明的一種水分分析儀及其水分監測方法具有以下有益效果：

(1)、本發明的一種電容式水分分析儀，通過考慮待檢測谷物周圍的環境溫度，進一步獲得待檢測谷物的水分值，因此，能夠消除溫度對待檢測谷物與水分值的影響，達到了提高待檢測谷物水分值測量的準確性；

(2)、本發明的一種電容式水分分析儀，通過使用采集單元中的脈沖計數器能夠提高脈沖計數的準確性，并在計數之前通過濾波和放大處理消除環境造成對測量結果的影響；

(3)、本發明的一種電容式水分分析儀，能夠根據測量結果進行報警，能夠提醒用戶測量結果，以便用戶進行進一步處理，且不用用戶一直處于對設備的監控狀態，提高了用戶體驗；

(4)、本發明的一種電容式水分分析儀水分監測方法，能夠實現對谷物的自動循環檢測。

附圖說明

圖1是本發明的采集模塊的電路圖；

圖2是本發明的溫度采集模塊的電路圖；

圖3是本發明的顯示電路的電路圖；

圖4為主控模塊的電路圖；

圖5為電源模塊的電路圖；

圖6為按鍵模塊的電路圖；

圖7為報警模塊的電路圖；

圖8為本發明實施例提供的一種水分分析儀的水分監測方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖中及實施例，對本發明技術方案進行進一步詳細說明。但是應該理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明技術方案，并不用于限制本發明技術方案的范圍。

參見圖1，圖1是本發明的一種電容式水分分析儀的結構示意圖，包括：電源模塊、主控模塊、數據采集模塊、顯示模塊、報警模塊，所述電源模塊分別為所述主控模塊、所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述報警模塊提供工作電壓；所述數據采集模塊、所述顯示模塊、所述報警模塊分別與所述主控模塊相連，所述主控模塊用于根據所述數據采集模塊所采集到的數據以及接收所述顯示模塊的控制命令用于控制所述報警模塊，所述主控模塊由型號為pic18f458的單片機組成；

如圖1所示為所述數據采集模塊的頻率采集子模塊和壓力采集子模塊的電路圖；所述壓力采集子模塊包括：壓力傳感器采集到的數據經過電阻r10和電阻r14發送至ad轉換器，所述ad轉換器的型號為hx711，所述ad轉換器的引腳1連接電壓vcc并通過電容c8、c9接地，并通過電感l1與引腳16相連，所述ad轉換器的引腳2通過電阻r11連接至三極管q4的基極，所述三極管q4的發射極與所述電容vcc相連，所述三極管q4的集電極與所述ad轉換器的引腳3相連，且所述引腳3與電壓vdd相連，且所述電壓vdd通過電阻r12所述ad轉換器的引腳4相連，所述引腳4通過電阻r15與所述ad轉換器的引腳5相連并接地，所述ad轉換器的引腳6通過電容c15接地，所述ad轉換器的引腳7和引腳8分別與所述壓力傳感器的數據分別與所述電阻r10和所述電阻r14相連，用于接收所述壓力傳感器采集到的數據，所述ad轉換器的引腳11和引腳12分別與所述主控模塊相連；頻率采集子模塊包括：電容傳感器采集到的數據經過電阻r1電容c1和電容c3組成的濾波器后傳輸至電感lh1的引腳1，所述電感lh1的引腳3、引腳4和引腳5相連接，且均與電壓vcc相連，所述電壓vcc經過電容c2接地；所述電感lh1的引腳5通過電阻r2與所述電感lh1的引腳2連接至三極管q1的集電極，所述三極管q1的集電極與發射極之間并聯電容c4，所述三極管q1的發射極通過并聯連接的電容c8和電阻r8接地，所述三極管q1的基極通過電阻r4與電壓vcc相連，且通過電阻r7與二極管d1的陽極相連，所述二極管d1的陰極接地；所述三極管的基極通過電容c6接地；所述三極管q1通過電容c5與三極管q2的基極相連，所述三極管q2的基極通過電阻r5與所述三極管q2的集電極相連并與電壓vcc相連，所述三極管q2通過電阻r9接地；所述三極管q2發射極通過電容c7與三極管q3的基極相連，且所述三極管q3的基極通過電阻r6與所述三極管q3的集電極相連，且所述三極管q3的集電極通過電阻r3與電容l1與電壓vcc相連，所述三極管q3的發射極接地，所述三極管q3的集電極與脈沖計數器相連，所述脈沖計數器的輸出端與所述主控模塊相連，所述脈沖計數器的型號為：74hc4024d。

如圖2所示為所述溫度采集子模塊的電路圖，可以包括：溫度傳感器與電容c11相連，且所述電容c11的一端通過電阻r9連接到電壓vcc，另一端通過連接至所述主控模塊，且通過電阻r13、電容c13接地；所述顯示模塊包括：lcd的型號為jlx12864g-332-2-bn，所述lcd的數據總線引腳1和引腳2連接vcc，引腳4至引腳7、引腳10至引腳13分別通過lcd_d7至lcd_d4、lcd_d3至lcd_d0和所述主控模塊的數據引腳相連，引腳8至引腳9通過控制信號lcd_on、lcd_cd，以及引腳14-引腳16通過控制信號lcd_rd、lcd_rw、lcd_rs與所述主控模塊相連。

需要說明的是，可以理解的是，數據采集模塊可以采集到谷物的總量，具體的，可以通過壓力傳感器獲得待檢測谷物的重量。傳感傳感器通過待檢測谷物對傳感器造成的壓力，進而獲得所有待檢測谷物的重量。另外，待檢測谷物的頻率可以通過電容式傳感器獲得。具體的，電容式傳感器是將被測物非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。它具有分辨率高、可進行非接觸測量，并能在高溫、低溫和強輻射等環境中工作的優點。隨著集成電路電子技術和計算機技術的發展，電容式傳感器將成為一種前景廣闊的傳感器。

如圖3所示為顯示模塊電路圖，具體可以包括：lcd的型號為jlx12864g-332-2-bn，所述lcd的數據總線引腳1和引腳2連接vcc，引腳4至引腳7、引腳10至引腳13分別通過lcd_d7至lcd_d4、lcd_d3至lcd_d0和所述主控模塊的數據引腳相連，引腳8至引腳9通過控制信號lcd_on、lcd_cd，以及引腳14-引腳16通過控制信號lcd_rd、lcd_rw、lcd_rs與所述主控模塊相連，圖4為主控模塊的電路圖，可以連接如圖1至圖3的電路。所述數據采集模塊用于將采集到的數據發送至主控模塊，以便主控模塊進行數據處理。

在獲得重量和頻率以后，將其發送到主控模塊，主控模塊可以根據預先存儲的計算規則，通過頻率和重量的數值獲得水分值。

具體的，計算規則可以為:

m＝a1+a2xc+a3xcxt+a4xc²

式中，m為谷物水分值；xc為谷物頻率；a0，a1，a2，a3，a4分別為根據估值設定的系數。

在包含溫度數值的情況下，示例性的，計算規則還可以為：

m＝a0xt+a1+a2xc+a3xcxt+a4xc²

其中，a0為根據溫度值設定的溫度系數，xt為溫度值。

如圖5所示，本發明實施例中電源模塊的電路圖可以包括：輸入模塊u3為電源接口用于接收輸入電壓，經過電容c1濾波后輸入至電壓轉換芯片u1，所述電壓轉換芯片u1的型號為spx1117-5.0，所述電壓轉換芯片u1經過變壓輸出后經過電容c2濾波并通過二極管d1后輸出電壓vcc_1，所述輸出電壓vcc_1連接電容c3并將濾波后的電壓輸入至電壓轉換芯片u2，所述電壓轉換芯片u2輸出端與電容c4相連，輸出電壓vcc，且電容c4的另一端接地。

需要說明的是，可以理解的是，數據采集模塊3可以采集到谷物的總量，具體的，可以通過壓力傳感器獲得待檢測谷物的重量。傳感傳感器通過待檢測谷物對傳感器造成的壓力，進而獲得所有待檢測谷物的重量。另外，待檢測谷物的頻率可以通過電容式傳感器獲得。具體的，電容式傳感器是將被測物非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。它具有分辨率高、可進行非接觸測量，并能在高溫、低溫和強輻射等環境中工作的優點。隨著集成電路電子技術和計算機技術的發展，電容式傳感器將成為一種前景廣闊的傳感器。

如圖6所示，為本發明實施例中的按鍵模塊的一個具體實現方式，所述按鍵模塊包括：按鍵信號輸出模塊u5，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳1至引腳7分別為：key_ok、key_up、key_down、key_choose、接地、keyon/off_down、keyon/off，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳1至引腳4分別與按鍵s2、s3、s4、s5相連，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳7與按鍵s1的一端相連，且連接于三極管q5的基極，所述三極管q5的集電極和發射極分別接地；所述三極管q5的基極與光電耦合器u6的引腳3相連，所述光電耦合器u6的引腳4通過電阻連接到工作電壓；所述光電耦合器u6的引腳1和引腳2與所述主控模塊相連。

進一步的，如圖7為報警模塊的電路圖，可以包括：語音控制芯片u7和揚聲器spk1，所述語音控制芯片u7的引腳2和引腳3與spk1相連，所述語音控制芯片u7的引腳1和與電容c14的一端相連，所述電容c14的另一端與所述語音控制芯片u7的引腳5相連；所述語音控制芯片u7的引腳6、引腳7和引腳8分別與所述主控模塊相連，其中，所述語音控制芯片u7的型號為：sc8035。

參見圖8，圖8為本發明實施例提供的一種水分分析儀的水分監測方法的流程示意圖，所述方法包括步驟：

s801，獲得待檢測谷物，并放置于待檢測區域內；

需要說明的是，可以通過人機交互界面上的觸控面板或者按鍵選定待檢測谷物類別，示例性的，可以選擇的谷物類型為玉米、小麥、大豆等等。根據選擇的類型，示例性的，為大豆，設定與測量大豆相關的目標參數，設置完畢后點擊開始按鍵為發送水分測量的命令，本發明實施例中用于執行電阻式水分分析儀的檢測方法的模塊或者設備接收到命令以后控制電機的旋轉，例如通過控制電機正轉將待檢測谷物放入待檢測區域，以備進行接下來的檢測工作。

此外，目標參數還可以包括水分設定為根據選擇的谷物類型以及需要將谷物烘干所達到的水分值進行設定，示例性的，對大豆的烘干，需要達到的水分值為不大于12％即可，當水分值達到12％時，即為對大豆停止進行烘干的條件。可以理解的是，當繼續進行水分烘干的話可能會影響大豆進一步的工藝處理效果，且能夠避免長時間對大豆進行烘干造成的資源浪費。

s802，通過電機轉動帶動所述待檢測區域中的待檢測谷物運動并放置于谷物電容傳感器的腔體內部；

為了進一步獲得待檢測谷物的頻率值，需要采用電容傳感器進行測量待檢測谷物，可以通過電機帶動待檢測區域中的待檢測谷物運動并放置于谷物電容傳感器的腔體內部，已獲得較佳的測量效果。

s803，采集此時的谷物溫度值和電容值；

具體的，可以通過壓力傳感器獲得待檢測谷物的重量。傳感傳感器通過待檢測谷物對傳感器造成的壓力，進而獲得所有待檢測谷物的重量。結果s803中電容傳感器測量的結果可以得到溫度值和電容值。

s804，主控器接收所述溫度和所述電容值，并計算計算所述待檢測谷物的含水率；

在獲得重量和頻率以后，將其發送到主控器，主控器可以根據預先存儲的計算規則，通過頻率和重量的數值獲得水分值。

示例性的，計算規則可以為:

m＝a1+a2xc+a3xcxt+a4xc²

式中，m為谷物水分值；xc為谷物頻率；a0，a1，a2，a3，a4分別為根據估值設定的系數。

s805，所述主控器控制所述電機啟動排出所述待檢測谷物。

在測量完畢以后，主控器發送控制電機進行反轉的信號，電機進行反轉從而將待檢測谷物排出待檢測區域，等待下次的測量指令。因此，這一過程從待檢測谷物進入待檢測區域，到待檢測谷物排出待檢測區域均為自動的過程，可以實現整個過程的循環反復進行。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。