具有語(yǔ)音提示功能的糧食水分測試儀

作者：時(shí)間：2012-11-15 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 引言

糧食中的水分按物理性質(zhì)可分為結合水(結晶水) 和游離水(自由水) 。結合水是在糧粒生長(cháng)過(guò)程中自然形成的，存在于糧食細胞內與糧粒內親水物質(zhì)結合得很牢固，性質(zhì)很穩定，難以解吸，結合水不參加導電；游離水是通過(guò)物理吸附作用凝聚在糧食內部的毛細管內和分子間隙中的水分，它具有普通水的導電性質(zhì)，平時(shí)檢測指示的水分指的是游離水。如果不加選擇地購進(jìn)和儲藏糧食，必然會(huì )影響糧食的儲藏周期，導致糧食的過(guò)早發(fā)霉、變質(zhì)、腐爛，因此必須時(shí)刻在意糧食的水分含量，本文根據糧食的介電特性，利用凌陽(yáng)科技公司的SPCE061A 單片機的快速運算與處理數據的能力和語(yǔ)音功能的特點(diǎn)，設計了完整的測試方案，它具有低功耗、便于攜帶、具有語(yǔ)音提示功能、操作方便、人機界面友好等特點(diǎn)，可廣泛地應用于糧食的調撥、征購、儲藏、加工等環(huán)節中。

2 SPCE061A 單片機簡(jiǎn)介

SPCE061A 是臺灣凌陽(yáng)科技公司推出的一款以μ nSPTM為核心的基于SOC(System On Chip) 技術(shù)的16 位單片機。SPCE061A中包括2K字節的SRAM和32K字節的閃存ROM； 32 位可編程的多功能I/ O 端口；兩個(gè)16 位可編程定時(shí)器/ 計數器；14 個(gè)中斷源，兩級優(yōu)先級，三種中斷類(lèi)型；32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復位/監測功能；可編程的看門(mén)狗功能；7 通道10 位A/ D 輸入和單通道內置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制AGC 功能的聲音A/ D 轉換器；雙通道10 位D/ A 音頻轉換器；具有ICE( In Circuit Emula2tion) 接口，能夠方便的實(shí)現在線(xiàn)仿真和程序的下載； SPCE061A在2. 6～3. 6V 工作電壓范圍內的工作頻率范圍為0. 32～49.152MHz ，較高的數據處理速度使SPCE061A 能夠非常容易地、快速地處理復雜的數字信號， SPCE061A 能夠實(shí)現用于處理數字信號的16 位3 16 位的內積運算，因此非常適合于數字語(yǔ)音識別和應用領(lǐng)域。凌陽(yáng)的指令系統采用精簡(jiǎn)指令集，它以字為單位，從而格式緊湊、靈活；執行時(shí)間短。由此可見(jiàn)，SPCE061A 是一款以單片機的價(jià)格獲得DSP 處理速度的具有高性?xún)r(jià)比的單片機。

3 系統軟硬件設計

3. 1 系統的硬件設計

系統的硬件結構圖如圖1 所示：

圖1 硬件結構圖

數字溫度傳感器采用DALLAS 公司的單總線(xiàn)器件DS18B20 ，用于補償環(huán)境溫度對糧食內部水分的影響，環(huán)境溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數字方式傳輸，省去了溫度傳感器的放大處理等環(huán)節，大大提高了系統的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現場(chǎng)溫度測量。同時(shí)它只占用單片機的一個(gè)端口，節約了系統的硬件資源，因此具有較高的性?xún)r(jià)比。

糧食水分的測試通常采用電阻法和電容法，由于非金屬干燥物質(zhì)的電阻很大，通常能達到幾十到幾百兆歐，要使這樣大的電阻流過(guò)電流必須在檢測電極兩端加上高電壓，即使這樣獲得的電流也只是微安級的，必須要經(jīng)過(guò)放大等處理措施，因此用電阻法檢測獲得的測量信號微弱，影響測量精度。本電路采用電容法進(jìn)行測量，經(jīng)過(guò)實(shí)驗的反復驗證，水分傳感器采用圓柱形容器測量糧食的含水量比平板式容器要準確些，操作也較方便，測量值受邊緣效應影響較小。信號調理電路采用555 芯片構成的非重復觸發(fā)的單穩觸發(fā)電路，如圖2 所示：

圖2 信號調理電路

糧食中的水分含量越大，糧食的介電常數就越大，電容值就越大。電容與水分存在一定的函數關(guān)系，同時(shí)在單穩觸發(fā)電路中，輸出的脈沖寬度Tpo = RCln3 ，其中C 就是要測的電容值，因此水分與脈沖寬度存在函數關(guān)系，只要測出脈沖寬度就可獲得糧食水分的含量。信號的采樣波形如圖3 所示。脈寬的測量由單片機的外中斷和定時(shí)中斷來(lái)完成，由于SPCE061A 的EXT1 和EXT2 均為負跳沿觸發(fā)中斷，因此在555 的輸出端加一級反相器，EXT1 中斷采樣輸出信號的上跳沿，然后再經(jīng)過(guò)一級反相器，EXT2 采樣輸出信號的下跳沿。兩者采樣的時(shí)間差就是脈沖寬度。時(shí)間差的計算可由單片機的定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現，在EXT1 的中斷程序里開(kāi)啟定時(shí)中斷，在EXT2 的中斷程序里關(guān)閉定時(shí)中斷。電路中的同步觸發(fā)信號來(lái)自單片機的輸出控制端口使采樣和計時(shí)保持同步，提高系統的測量精度。

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