差分式粮仓温湿水一体在线检测仪的研究

发布时间：2020-11-15 06:16

　　 “手中有粮,心中不慌”。保障粮食安全对中国来说是永恒的课题,我国粮食逐年增产,如何有效的保障粮食安全是储粮工作者的研究重点。粮食在粮仓储存过程中会受到很多方面的影响,比如生物场和非生物场,而这些影响因素会导致粮仓内粮食发热、发霉以及病虫害等现象发生,进而危及粮食储藏安全。因此研究一套射频式温湿水在线检测仪,用来及时的观察收集处理粮仓内的粮食水分,粮仓内环境温度、湿度,这对安全储粮具有非常重要的意义。本文针对粮食储藏过程中粮食水分、粮仓内温度、湿度实时在线检测这一问题,开发了一套射频式粮仓温湿水检测仪,实现了粮仓内温湿水多参数在线检测。主要研究内容如下:(1)温湿水检测仪原理分析。本检测仪检测水分的基本原理依据的是玉米介电常数和其含水量存在一定的线性相关性。常温下水的介电常数为80F?m~(-1),空气的介电常数为1F?m~(-1),而植物组织的介电常数通常为2~4F?m~(-1)。玉米的介电常数主要受其含水量的影响,当温度与测试信号频率一定时,含水量增加,其介电常数也相应增加。(2)温湿水检测仪的硬件设计。设计了以STM32F103RCT6嵌入式单片机为核心的粮仓温湿水检测仪,采用模块化的设计思路,主要包括信号源模块、差分相位检波模块、电压放大模块、核心CPU模块。在测量单元上,采用了差分原理,用隐蔽式双探头探测的方式,将温度等干扰水分测量的影响因素减小到最小,有效实现了粮仓水分的测量。同时通过对探测单元探针的分析,选取了最优的参数,来保障实现精确测量。(3)温湿水检测仪软件设计。软件上也采用了模块化的思想,通过KEIL MDK V5开发平台采用库函数编写下位机软件,将时钟子程序、电压采集子程序、串口通讯子程序、温湿度子程序整合到一起,实现了粮仓多参数采集的软件功能。上位机采用LabVIEW系统软件设计,实现了数据可视化以及控制检测仪的功能,为粮仓的多参数采集提供了保障。(4)温湿水检测仪的标定。严格按照GB/T5497-1985《粮食、油料检验水分测定法》中的水分测量的具体操作步骤测得粮食水分。通过单个检测仪标定系统,将玉米实际水分与温湿水检测仪测得的相应电压值通过最小二乘法对其进行了标定,建立了最优数学模型,将误差减小到最小。(5)温湿水检测仪实验验证。设计了小型粮仓实验,对检测仪在线检测粮仓温度、湿度、粮食水分进行48天的实验验证,实现了粮仓多参数在线检测。将实际水分与系统测量水分进行对比,结果表明,玉米含水率测定最大绝对误差绝对值为0.82%,平均绝对误差绝对值均在0.3%以内,平均误差符合国标规定的±0.5%的检测精度。除通风外,各项指标检测稳定,系统稳定性较好,可以有效的对粮仓温度、湿度、粮食水分参数进行在线实时检测。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S379.3
【部分图文】：

技术路线

设计了差分式粮仓实验结果表明采用射频方法关系，但是受温度等干扰因验效果较好，有效消除了温度水分检测基本原理基于射频原理，其原理与电在导体中进行传播的。工作磁波的方式来传输，在传输射信号，这时就可以用检波反射信号之间的波形差来得到

就可以得到介质的特性。本文提到的检测仪就是利用玉米测量。常温下水的介电常数为-180F m，空气的介电常数为1F电常数通常为-12~4F m。玉米的介电常数主要受其含水量的的研究，当温度与测试信号频率一定时，含水量增加，其介电常数和其含水量存在一定的线性相关性 。由射频原理可得，介电元测得，其表现形式为电压，本实验利用含水量与电压进行标出玉米含水量。温湿水检测仪系统组成水检测仪系统组成如图 2.2 所示，主要由三部分组成，第 1 部分水分检测仪，温度、湿度检测仪，第 2 部分主控器单元，第 3要由上位机 LabVIEW 软件编写）。
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本文编号：2884445