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摘 要

粮食的国民经济发展的命脉，是中华腾飞的基础。在大力发展经济的同时，粮食也是不可或缺的一环。而大量的粮食在储存、运输过程中发生霉变、腐坏导致浪费了很多宝贵的粮食。而粮食的水分直接影响了粮食的霉变，要降低粮食的霉变率，首要就是要知晓粮食的水分含量。所以，要用现代化的方法和工具对粮食的水分进行检测。

本文设计了可以在线检测粮食水分的一套设备，以电容法为基础，NE555电路为核心芯片，单片机中的定时器进行检测频率并进行了温度补偿。其工作原理是粮食的水分影响了电容式传感器的电容值，而电容值的变化导致NE555电路输出的矩形波频率发生变化，在单片机中检测到频率后，将频率值与水分含量拟合成一条曲线，最后运用这曲线进行温度补偿。可实现在一定精度范围内对粮食水分的测量。

关键词：粮食水分 电容式传感器 NE555电路 温度补偿 单片机

Study on On-line Measuring Instrument of Grain Moisture

Abstract

Grain is the basis of national economic development. While vigorously developing the economy, food is also an indispensable part. And a lot of food in the storage, transport process occurs mildew, rotten led to a lot of valuable waste of food. And food moisture directly affects the mildew of grain, to reduce the mildew of grain, the first is to know the moisture content of food. Food moisture should be detected by modern methods and tools.

This article has designed a set of equipment that can detect food moisture online. Based on the capacitance method, the NE555 circuit is the core chip, the timer in the microcontroller is used to detect the frequency ,then temperature compensation. The working principle is that the moisture content of the grain affects the capacitance value of the capacitive sensor, and the change of the capacitance value causes the rectangular wave frequency of the NE555 circuit to change. After the frequency is detected in the single chip microcomputer, the frequency value and the moisture content are fitted into one Curve, and finally use this curve for temperature compensation. This can be achieved within a certain range of measurement of food moisture.

KeyWords:Food moisture; Capacitive sensors; NE555 circuit; MCU; Temperature compensation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1粮食水分检测意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3课题研究内容及预期效果 2

第二章 粮食水分测量方法的概述 4

2.1 粮食水分的测量方法 4

2.1.1 电容法 4

2.1.2微波法 4

2.1.3红外线法 5

2.1.4烘箱法 5

2.1.5减压干燥法 5

2.1.6卡尔·费休法 5

2.2微小电容检测电路 6

2.2.1 直流充放电法 6

2.2.2交流激励法 7

2.3电容检测芯片 8

2.3.1 CAV系列芯片 9

2.3.2 TC9400芯片 9

2.3.3 NE555电路 10

2.4 小结 12

第三章 电容式粮食水分分析仪硬件设备 14

3.1硬件总体规划 14

3.2 单片机模块 14

3.2.1 STM3289C52 14

3.2.2 定时/计数器 15

3.3 显示模块 16

3.4温度测量模块 17

3.5 湿度测量模块 20

3.6 按键模块 21

3.7小结 21

第四章 电容式粮食水分分析仪软件程序 23

4.1程序框架图 23

4.2初始化程序 23

4.3 显示程序 24

4.4温度测量程序 26

4.5电容测量程序 30

4.6小结 31

第五章 仿真与实测结果 32

5.1仿真结果 32

5.2实测结果 32

5.4温度补偿 35

5.5 误差来源 36

5.6小结 37

总结与展望 38

参考文献 39

致 谢 41

1. 绪论

1.1粮食水分检测意义

我国是个人口大国，粮食的消费量大，且在不少地区还有人民徘徊在温饱线上。粮食是国家的根本，没有了粮食如何谈经济发展，如果工人都不能果腹哪里来的效益可言。所以我们现在仍然要着力于农业的发展，提高对于粮食的重视程度^[1]。

在我国，每年都会有因为粮食的水分检测技术不过关导致大量粮食的霉变，使得浪费了大量食物，这也是我国仍有少部分地区人民吃不饱的一个间接因素。而粮食的含水率影响了粮食的存储。若水分过多则会加快粮食的呼吸作用损耗粮食的能量，发生霉变，发热。若水分太低也会破坏粮食中的能量和养分。

粮食中含有的水分有结合水和游离水。结合水则是由化学作用力吸附在粮食的细胞之间的水分，游离水是由物理作用力吸附在粮食的间隙之间的水分。谷物水份检测只是测量其中的一部分水份，只测量游离水占比^[2]。所以我们必须发张和完善粮食的水分检测技术，达到实时监控粮食的水分情况，使其保持在合理范围内，为各地的人民送去营养健康的粮食^[3][4]。

1.2 国内外研究现状

粮食的水分研究在国外从上世纪60年代左右就开始被引起重视，并开始不断的应用不同的方法研制粮食水分仪。对于美国的大平原粮食的生产是美国经济很重要的一环，农场主对于粮食水分的检测要求也越来越高，所以就催生了美国的Zeltex公司和DICKEY-johnCorporation。而在日本，土地面积太小粮食可以生长的地方有限对于粮食的需求又大，所以对于粮食的储存要求也很高，所以日本的KETT研究所就站了出来。而欧洲那块如法国、瑞典也不甘示弱，法国的Tripette amp; Renaud公司也研发了多种类型的水分检测仪^[6]。

而我国对于粮食水分的研究则起步稍显晚一些，在上世纪80年代左右我国的粮食水分研究才慢慢进入正轨。在这之前人们对于粮食的水分的测量普遍还是用民间的土办法，用嘴吃啊，用手捏啊。这些方法的精确度都不高。在我国人口压力越来越大，粮食储存要求越来越高，所以粮食水分检测技术也随着这潮流越走越远。在上世纪60年代，南京大学研发了一种中子法粮食水分检测仪，后来在湖南研发出了LSK-1型号的水分检测仪，而在近几年对于水分研究的方法越来越多，国内也就制造出了越来越多型号的水分检测仪^[7]。

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