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具有語音提示功能的糧食水分測(cè)試儀

作者: 時(shí)間:2012-11-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言

糧食中的水分按物理性質(zhì)可分為結(jié)合水(結(jié)晶水) 和游離水(自由水) 。結(jié)合水是在糧粒生長(zhǎng)過程中自然形成的,存在于糧食細(xì)胞內(nèi)與糧粒內(nèi)親水物質(zhì)結(jié)合得很牢固,性質(zhì)很穩(wěn)定,難以解吸,結(jié)合水不參加導(dǎo)電;游離水是通過物理吸附作用凝聚在糧食內(nèi)部的毛細(xì)管內(nèi)和分子間隙中的水分,它具有普通水的導(dǎo)電性質(zhì),平時(shí)檢測(cè)指示的水分指的是游離水。如果不加選擇地購(gòu)進(jìn)和儲(chǔ)藏糧食,必然會(huì)影響糧食的儲(chǔ)藏周期,導(dǎo)致糧食的過早發(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(jù)糧食的介電特性,利用凌陽(yáng)科技公司的SPCE061A 單片機(jī)的快速運(yùn)算與處理數(shù)據(jù)的能力和語音功能的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了完整的測(cè)試方案,它具有低功耗、便于攜帶、具有功能、操作方便、人機(jī)界面友好等特點(diǎn),可廣泛地應(yīng)用于糧食的調(diào)撥、征購(gòu)、儲(chǔ)藏、加工等環(huán)節(jié)中。

2 SPCE061A 單片機(jī)簡(jiǎn)介

SPCE061A 是臺(tái)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(jī)。SPCE061A中包括2K字節(jié)的SRAM和32K字節(jié)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(jì)數(shù)器;14 個(gè)中斷源,兩級(jí)優(yōu)先級(jí),三種中斷類型;32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘;低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能;可編程的看門狗功能;7 通道10 位A/ D 輸入和單通道內(nèi)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(zhuǎn)換器;雙通道10 位D/ A 音頻轉(zhuǎn)換器;具有ICE( In Circuit Emula2tion) 接口,能夠方便的實(shí)現(xiàn)在線仿真和程序的下載; SPCE061A在2. 6~3. 6V 工作電壓范圍內(nèi)的工作頻率范圍為0. 32~49.152MHz ,較高的數(shù)據(jù)處理速度使SPCE061A 能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào), SPCE061A 能夠?qū)崿F(xiàn)用于處理數(shù)字信號(hào)的16 位3 16 位的內(nèi)積運(yùn)算,因此非常適合于數(shù)字語音識(shí)別和應(yīng)用領(lǐng)域。凌陽(yáng)的指令系統(tǒng)采用精簡(jiǎn)指令集,它以字為單位,從而格式緊湊、靈活;執(zhí)行時(shí)間短。由此可見,SPCE061A 是一款以單片機(jī)的價(jià)格獲得DSP 處理速度的具有高性價(jià)比的單片機(jī)。

3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

3. 1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示:


圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

數(shù)字溫度傳感器采用DALLAS 公司的單總線器件DS18B20 ,用于補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)糧食內(nèi)部水分的影響,環(huán)境溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,省去了溫度傳感器的放大處理等環(huán)節(jié),大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。同時(shí)它只占用單片機(jī)的一個(gè)端口,節(jié)約了系統(tǒng)的硬件資源,因此具有較高的性價(jià)比。

糧食水分的測(cè)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(dá)到幾十到幾百兆歐,要使這樣大的電阻流過電流必須在檢測(cè)電極兩端加上高電壓,即使這樣獲得的電流也只是微安級(jí)的,必須要經(jīng)過放大等處理措施,因此用電阻法檢測(cè)獲得的測(cè)量信號(hào)微弱,影響測(cè)量精度。本電路采用電容法進(jìn)行測(cè)量, 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的反復(fù)驗(yàn)證,水分傳感器采用圓柱形容器測(cè)量糧食的含水量比平板式容器要準(zhǔn)確些,操作也較方便,測(cè)量值受邊緣效應(yīng)影響較小。信號(hào)調(diào)理電路采用555 芯片構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電路,如圖2 所示:


圖2 信號(hào)調(diào)理電路

糧食中的水分含量越大,糧食的介電常數(shù)就越大,電容值就越大。電容與水分存在一定的函數(shù)關(guān)系,同時(shí)在單穩(wěn)觸發(fā)電路中,輸出的脈沖寬度Tpo = RCln3 ,其中C 就是要測(cè)的電容值,因此水分與脈沖寬度存在函數(shù)關(guān)系,只要測(cè)出脈沖寬度就可獲得糧食水分的含量。信號(hào)的采樣波形如圖3 所示。脈寬的測(cè)量由單片機(jī)的外中斷和定時(shí)中斷來完成,由于SPCE061A 的EXT1 和EXT2 均為負(fù)跳沿觸發(fā)中斷, 因此在555 的輸出端加一級(jí)反相器,EXT1 中斷采樣輸出信號(hào)的上跳沿,然后再經(jīng)過一級(jí)反相器,EXT2 采樣輸出信號(hào)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(jì)算可由單片機(jī)的定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn),在EXT1 的中斷程序里開啟定時(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(hào)來自單片機(jī)的輸出控制端口使采樣和計(jì)時(shí)保持同步,提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。

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