基于单片机AT89C51的粮食水分检测系统

粮食在收购、 储运及处理等环节造成的损失 中由于粮食的水分含量过高引起的比重可达 5% 以上， 粮食水分检测已经成为生产和科研中的法 定计量参数
［1 ］
。 目前粮食水分检测方法有很多，
其中常用的有两种： 一种是直接用干燥或化学的 方法去除粮食水分的方法称为直接测量法； 一种 是通过测量粮食介电常数和电阻特性的方法称为 间接测量法。直接测量的优点是具有较高的检测 精度和可重复性， 缺点是费时， 不能快速检测； 而 间接测量法， 能够达到快速实时检测的要求
［ 1］ 王志强， 陈平． 基于虚拟仪器的粮食水分在线检测 J］ ． 安徽农业科学， 2010 ， 38 （ 30 ） ： 17216 系统设计［ ～ 17218．
图8
TLC549 与单片机的接口电路
（ 下转第 493 页）
距离浆体输送管道停泵水锤的影响
493
＊
式中
L— — —电极高； r — — —内电极半径； R— — —外电极半径； — —真空介电常数， ε0 — ε0 = 10 － 12 （ F / m） ； — —放入介质的相对介电常数。 εr — 1 = 8． 85 × 36π × 109
系统总况 系统利用电容式水分传感器将粮食中的含水
信息转换成为电容信号， 由检测电路中的测量放 V 的信号转换， 大电路实现 C经过后续整流、 滤 波和放大电路后输入 ADC 转换系统， 实现模数转 换， 之后送入单片机作进一步的分析处理。 数字 温度传感器将检测到的温度信息直接传送给单片 机， 在单片机内部由软件实现对粮食含水率的补 偿； 通过键盘输入部分实现参数设置 ； 系统测量得 到的粮食温度及湿度信息通过 LED 进行显示； 当 测量得到水分含量超标时将自动驱动报警电路报 警。工作框图如图 1 所示。
［ 6］ 王春林， 杨敏官， 殷震宇， 等． 输卤泵水力模型的试 J］ ． 流体机械， 2003 ， 31 （ 5 ） ： 5 ～ 7． 验研究［ ［ 7］ 朱贞涛． 制冷空调系统中离心泵变频调速的性能分 J］ ． 流体机械， 2001 ， 29 （ 11 ） ： 58 ～ 60． 析与试验［ ［ 8］ 陆宏圻， ．流 高传昌． 射流泵全特性曲线的研究［J］ 1996 ， 24 （ 1 ） ： 10 ～ 14． 体机械， ［ 9］ 刘竹溪， ． 北京： 水 刘光临． 泵站水锤及其防护［M］ 1985． 利电力出版社， ［ 10］ 周云龙， 洪文鹏， 孙斌． 复合管道气液固三相流浆 ． 工程热物理学 体水击压强和水击波速计算［J］ 2006 ， 27 （ 1 ） ： 209 ～ 212． 报，
466
化 工 自 动 化 及 仪 表
第 40 卷
3
系统软件
系统软件设计实现粮食水分信息采集 、 分析、 处理、 显示及报警等功能， 主程序主要包括初始化 管理、 显示管理、 数据采集及数据处理等， 如图 9 所示。初始化管理主要实现对单片 机 AT89C51 A / D 转换器和 DS18B20 的 内部特殊功能寄存器、 初始化。在系统上电初期， 电路处于不稳定状态， 所以在初始化后进行 1s 的延迟时间， 以保证电路 稳定。系统的 LED 显示采用动态显示的方法， 每 间隔 10ms 进行一次扫描， 在系统初始化后显示 “点” 状态。随后进行按键检测， 为减少操作的复 杂性， 键盘接口相对简单， 采用独立按键方式。 开 始测量后系统根据设置分别调用温度、 水分测量 和分析处理子程序， 最终显示分析结果。
C= 2 π （ ε r + Δ ε r ） ε0 L Δε = C0 1 + r R εr ln r ΔC Δε r = C εr
2． 2
单片机控制模块
控制模块是整个系统的核心， 该系统采用的 是 ATMEL 公司生产的集成度高、 性价比高且功 能强大的 AT89C51 单片机， 同时实现对信号的分 析、 处理及存储等全部功能。 2． 3 数字温度传感器与单片机接口 温度是影响粮食水分检测结果的主要干扰因 素之一， 温度的高低会直接影响粮食干燥的速度 和品质， 所以在粮食收储过程中对温度的检测是 十分必要的。为简化处理电路， 该系统采用了单 总线的数字式温度传感器 DS18B20 ， 其测量范围 － 55 ～ 125℃ ， 为 温度转换分辨率可以通过编程实 现转换， 可根据实际测量需要在 9 ～ 12bit 选取； 单 总线结构实现利用一个接口就能与微处理器进行 通信， 不需要外部元件； 可以使用数据线本身供 电
［2 ］
图1 1． 2
粮食水分检测系统工作框图
水分检测传感器工作原理
水分检测选用圆柱形电容式传感器， 其结构 原理如图 2 所示。其初始电容表达式为：
C0 = 2 π ε r ε0 L εr L = R R ln 1 ． 81ln r r （ 1）
。
笔者设计了一种基于单片机和电容传感器的粮食 水分检测系统， 能够实时显示水分含量， 当超标时 以确保粮食的安全储存。 驱动报警， 1 1． 1 水分检测系统
连接式非编码键盘， 每个按键占一个 I / O 口线， 按 键功能可以根据需要灵活设计， 软件编程简单。 该系统通过按键输入待测粮食种类， 该作物适宜 的湿度上限及下限， 具体按键功能见表 1 ， 与单片 机接口电路如图 6 所示。 C f 为设置的固定电 其中 C x 为电容传感器， U i 为正弦信号发生器的输出信号， 容， 则电路输 出表达式为：
． 北京： 水利电力出 制教研室译． Transient Flow［M］ 1983． 版社， ［ 2］ Chaudhry M H 著， 陈家远， 孙诗杰， 张治滨译． Utility Hydraulic Transition Process［M］ ． 成都： 四川水力发 1985． 电工程学会， ［ 3］ 金锥， M］ ． 姜乃昌， 汪兴华， 等． 停泵水锤及其防护［ 2004． 第 2 版． 北京： 中国建筑工业出版社， ［ 4］ 龚 时 宏， 刘 光 临． 水 泵 全 特 性 曲 线 有 关 问 题 研 究 ［ J］ ． 农业机械学报， 1994 ， （ 4 ） ： 38 ～ 43． ［ 5］ Yang J D， Wu R Q． On Basic Equation of Water Hammer ［ J］ ． Journal of Hydrodynamics， 1996， 8（ 2） ： 62 ～ 71．
Effect of Pump Characteristic Curve Differences on Pumpoff Water Hammer for Long Distance Slurry Pipelines
ZHOU Yunlong， LI Shufang， LIU Bo
（ School of Energy and Power Engineering， Northeast Dianli University， Jilin 132012 ， China）
*
图2
电容水分传感器结构简图
0304 （ 修改稿） 收稿日期：2013基金项目：黑龙江省教育厅基金资助项目（ 11551018 ）
第4 期
王永安等． 基于单片机 AT89C51 的粮食水分检测系统
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某粮食水分含量为 M， 其相对介电常数为 ε r ， 当此粮食水分含量发生变化（ M + ΔM ） 时， 其相对 介电常数也相应地发生变化（ ε r + Δε r ） ， 则有：
Abstract
Based on available information of pump characteristics curves， both nearest value method and gen-
eral formula method were adopted to get the relevant information for the engineering． Calculating pumpoff water hammer for the long distance slurry pipelines shows that the calculation deviation from the pump characteristic curves with same specific speed is not obvious than that with different specific speeds， and it has effect on water hammer protection． Key words pumpoff water hammer full pump characteristics curve，
。DS18B20 与单片机的 接 口 电 路 如 图 5 所
示。
电容传感器检测电路（ 图 3） 的主要功能是实现电 容信号至电压信号的转换、 放大及滤波等。其中测量
［ 3 ］ 放大电路采用的是运算放大器式电路（ 图 4） 。
图5 2． 4
单片机与 DS18B20 接口电路
键盘输入电路与单片机接口 键盘是一组按键的集合， 该系统中使用独立
图6 2． 5
链盘接口电路
LED 显示器与单片机接口
显示部分用来显示测量的粮食温度和水分含 “ 8” ， 量信息， 使用 7 段 LED 构成字型 还有一个小 数点发光二极管， 以显示数字符号和小数点， 并借 MAX7219 AT89C51 助数码驱动 来完成与 的接口 功能， 具体电路如图 7 所示。
· ·
·
表1
功能设备 按1 次 按2 次 按3 次 S1 确定 开始测量 结束
按链功能说明
S2 设置粮食种类 设置湿度上限 设置湿度下限 S3 上调 － － S4 下调 － －
Uo = － Ui
Cx Cf
（ 3）
可以看出输出电压与电容变化成线性关系， 由前所述电容变化同谷物水分变化成线性关系 ， 从而将水分变化线性转换为电压信号的变化 。