電阻式糧食水分測定儀的設計

0 引 言
傳統的直接水分測量法周期長(cháng)，難以滿(mǎn)足現代生產(chǎn)對速度和連續化的要求，而非電量的電測方法是比直接法更高效的水分測量方法，當前應用十分廣泛。糧食水分檢測方法原理上可以有：電阻法、電容法、中子法、微波法、紅外法、核磁共振法等?？紤]物料對象特性，紅外法主要用于表面水分測量，多見(jiàn)于紙張水分檢測中；中子法和核磁共振法基于水分中氫原子效應，系統復雜，造價(jià)高，不能體現檢測對象的專(zhuān)用性。微波法是利用水對微波能量的吸收或作用于糧食的微波參量隨水分變化的原理進(jìn)行水分測量，其測量值與物料成分有關(guān)，測量電路及信號處理較復雜，價(jià)格偏高。電阻方法因其快速、準確、成本低的特點(diǎn)一直是最常用的水分測量方法，但由于電阻方法存在信號強度小、取樣要求高、抗干擾性較差等缺陷，近年來(lái)出現了許多新的基于電阻測量原理的創(chuàng )新方法，如兩量程直流電阻法，脈沖電阻法，復阻抗分離法，交流阻抗法等。本設計在上述研究的基礎上，創(chuàng )新地提出基于脈寬測量的電阻比值法和測量信號的數據處理方法，能夠快速準確地對水分進(jìn)行測定。

1 測試原理
糧食水分測定儀是具有區域特色的產(chǎn)品，它對不同地區的糧食作物具有不同的測量基準值，因此在測試之前，需要根據不同的糧食種類(lèi)，在不同的狀態(tài)下進(jìn)行標定工作，建立起標準的測量數據關(guān)系，這些數據可以由生產(chǎn)廠(chǎng)家寫(xiě)入測定儀的E2PROM數據區中，也可以由用戶(hù)根據標準現場(chǎng)標定。該系統利用ATmega128自身的4 KB的E2PROM用來(lái)存儲不同種類(lèi)的糧食的水分的標定值、溫度補償系數和系統的密碼等參數。在使用之前需要進(jìn)行水分的標定工作，把同一樣本分別在標準測定儀和本測定儀同時(shí)進(jìn)行比對測量，確定水分和電阻的關(guān)系，然后再通過(guò)鍵盤(pán)把對應關(guān)系寫(xiě)入E2PROM中的相應單元中保存起來(lái)，形成標準的測量曲線(xiàn)或數據表格。同時(shí)考慮到溫度的影響，必須加上溫度補償系數以進(jìn)行修正。在實(shí)際測量時(shí)，把當前的測量值與這些標準值進(jìn)行比較，就可以實(shí)現水分的測量。

2 系統硬件設計
系統的硬件結構圖如圖1所示。

MCU采用Atreel公司的高速嵌入式單片機AT-mega128，它采用先進(jìn)的RISC精簡(jiǎn)指令集結構，具有128 KB的在線(xiàn)可重復編程的FLASH、4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM，同時(shí)具有8／16位定時(shí)器／計數器、PWM輸出模塊、UART、SPI等多種串行通信接口、可編程的看門(mén)狗定時(shí)器等功能模塊、豐富的外部和內部中斷源、多種工作模式。這些特性使ATmega128成為功能更強大的微控制器，更好地支持應用于脈寬調制、高速I(mǎi)／O、遞增／遞減計數能力等工業(yè)控制等場(chǎng)合。在程序中主要完成水分的采樣和高速處理、LCD顯示、鍵盤(pán)輸人、驅動(dòng)輸出、與PC機進(jìn)行通信等工作。該測定儀的測量的范圍在5～30％之間，精度在±0．2％，水分用2個(gè)字節表示，因此共需要1 KB保存在某一溫度條件下的水分值，再加上溫度補償系數和密碼的設定。4 KB空間已經(jīng)足夠了。它的可編程的看門(mén)狗定時(shí)器模塊能保證系統能夠可靠穩定的工作。