1、本课题从介绍各类粮食水分检测方式动身，重点介绍了所设计的粮食水分测试仪的各个组成部份，并得出粮食水分测试的工作原理，设计出了能够快速检测，精准度高的粮食水分测试仪。在了解电导式传感器在测量木材、烟草、粮食等方面的应用的基础上和与传统粮食水分测试仪的性能相较综合分析后，（自己再好好调整一下）关键词：粮食水分，检测方式，快速检测，电导传感器The design of grain moisture testersAuthor: Nie Junqi Tutor: Zhang JuqinAbstract In recent decades，grain moisture detection technol
2、ogy has developed rapidly, forming a variety of water testing methods. Generally can be divided into direct and indirect two categories. Direct method is by drying method and chemical method, the direct detection of the absolute water content of food in the detection accuracy and time-consuming, not
3、 suitable for online and on-site inspection. Indirect method is through the detection and water-related physical quantity （such as material conductivity, dielectric constant, etc.）, indirect determination of substances in water, generally fast, easy to implement on line. In an indirect measurement,
4、because many factors affect the moisture content. Therefore, when testing to fully take into account various factors, the design of the sensor should also be given enough attention, so that the output signal can effectively reflect the characteristics of water. Rapid detection of food water, and wat
5、er through to the relevant physical quantities of the test, a corresponding determination of material moisture content, generally faster, easier to achieve on line. The design of this task is to comply with such request, in understanding the conductivity sensor in the measurement of wood, tobacco, f
6、ood and other applications based on and with the traditional grain moisture tester compared the performance of integrated analysis, design a food moisture tester to quickly detect food in the water. This issue introduces a variety of food from the starting moisture detection method, focuses on the d
7、esign of grain moisture tester of the various components, and draw the working principle of grain moisture testing, designed to make rapid detection and high accuracy of grain moisture Tester.Key words: grain moisture, test methods, rapid detection, conductivity sensor目 录1 绪论11.1 课题的研究背景及目的1 粮食水分检测的
8、进展现状1 水分检测进展趋势32 设计原理与元器件介绍42.1 7555按时器42. 7555按时器的组成和工作原理42. 7555按时器组成的多谐振荡器52.2 变压器62.3 桥式整流电路82.4 高阻运算放大器F3130102.4.1 高阻运算放大器102.4.2 F3130运算放大器102.4.3 运算放大器的作用112.5 显示器122. 显示器的结构和工作原理122. LED数码显示器的种类132.6 ICL7106132.6.1 ICL7106的工作原理132.6.2 ICL7106的性能特点要紧参数153 整体电路分析设计173.1 电路的工作原理173.2 调试及误差分析18
9、结 论19致 谢20参考文献211 绪 论课题的研究背景及目的粮食的水分含量是评判粮食物质的重要指标，是粮食检测的大体项目。粮食含水量的测定不仅涉及到贸易结算，而且阻碍粮食的平安贮藏、加工生产、运输、营养、保质期等。若是粮食中的水分超过储藏所规定的临界值，不仅浪费仓容，而且会因粮食种子的生命活动旺盛而消耗籽粒中贮存的营养物质，从而引发粮堆发烧、变质，并增进粮食中微生物及害虫的生长和繁衍，致使粮食霉变。在我国，由于水分检测技术的不完善，每一年有数百亿斤的粮食因水分含量太高在运输和储藏进程中霉烂变质，造成了庞大损失。而粮食水分太低，减少了粮食重量，阻碍粮食物质。因此粮食水分检测对粮食的收购、运输、
10、储藏、加工贸易都具有十分重要的意义。本课题确实是顺应如此的要求，本着简单、有效的起点，设计出一个简单易操作的粮食水分测试仪，便于仓库治理员检测粮食水分中的信息，确保粮食存储的平安与质量。粮食水分检测的进展现状粮食水分的检测方式归纳起来可分为无损检测和有损检测两大类。无损检测是指在不破坏待测物原先的状态和化学特性等前提下，通过粮食本身的物理、光学、化学特性来测其含水量；有损检测是指在测量进程中待测物粉碎或发生了化学转变，致使其不能维持原先的形状或组成。在这两类中，无损检测的方式更经济、快捷，进展也最为迅速，是现今世界水分测试的主流。（1）粮食水分无损检测的要紧方式直接干燥法是指将待测样品置于烘箱
11、中，依照ASAE标准，在130的温度下维持19h，测量前后的质量差，即为其水分含量。电容法是依照水分含量的转变必将引发电容量转变的原理，通过测量与样品中水分转变相对应的电容转变即可知粮食的水分含量。红外线加热干燥法是利用红外线加热样品使其失水，从而达到测量水分含量的目的。微波加热法是利用微波炉的磁控管所产生的2450MHz 或915MHz 的超高频率微波快速振荡粮食中的水分子，使分子彼此碰撞和摩擦，进而去除粮食中的水分。介电损失角法是利用谷物含水率不同，介电损失角也不同，而且呈单值分段线性关系。复阻抗分离电容法通过复阻抗分离电路的设计，有效排除电阻参量的阻碍，而只保留电容参量的转变。高频阻抗法
12、是依据在灵敏频带（100k250kHz）施之外加电场的情形下粮食水分与其交流阻抗呈现对数关系这一理论来测量其水分的。摩擦阻力法利用粮食的动态摩擦阻力与含水率成线性关系，含水率高，摩擦阻力大。声学法是利用粮食水分中的粮食籽粒的弹性和振动特性，不同水分的粮食在流动进程中碰撞物体表面时所产生的声压不同。核磁共振法是在必然条件下原子核自旋从头取向，从而使粮食在某一确信的频率上吸收电磁场的能量，吸收能量的多少与试样中所含的核子数量成比例。射线法是利用不同的分子对不同波长的近红外光具有不同特点的吸收，当用近红外光照射样品时，漫反射光的强度与样品的成份含量有关。微波吸收法利用粮食中的水分对微波能量的吸收或微
13、波空腔谐振频率和相位等参数随水分的转变来间接地测量水分含量的。中子式水分仪通过计量慢中子探测器中产生的电压脉冲个数测量粮食的水分含量。（2）粮食水分有损检测的要紧方式105恒重法用比水沸点略高的温度（ 1052）使通过粉碎的定量式样中的水分全数汽化蒸发，依照所失水分的质量来计算水分含量。定温按时烘干法是在必然规格的烘盒内称取通过粉碎的试样，在规定加热温度的烘箱内烘干一按时刻，烘干前后质量差即为水分含量。双烘法要紧用于测量高含水量粮食。测量时，先称取整粒试样2030g，放入105烘箱中烘干30min，掏出冷却称质量，然后粉碎，再用105恒重法进行烘干测量。隧道式烘箱法是定温按时法的一种，它将象限
14、秤与烘箱结合起来，烘干试样后无需冷却可直接用象限秤称量，并可在象限秤上直接读出试样的水分含量。快速失重法是在物料的极限失重温度下烘干物料，进行粮食水分测试。减压干燥称重法利用真空处置技术、微小定量测定技术和数据处置技术来测定水分的。直流电阻法：干燥粮食的直流电阻专门大，而水的电阻很小，被测样品的含水量的转变必将引发其导电能力的转变。含水量越高，电阻越小，通过测量样品的电阻，即能够间接地测定含水量。甲苯蒸馏法是利用与水分不相溶的溶剂（甲苯、二甲苯）组成沸点较低的二元共沸体系，将试样中的水分蒸馏出来。卡尔费休法是利用甲醇和吡啶存在的情形下，水与碘和亚硫酸发生定量化学反映的原理，依照碘的消耗量测出水
15、分含量。压力法是利用水与碳化钙发生化学反映生成乙炔，在必然条件下，乙炔气体的压力与其含水量呈线性关系。1.3 水分检测技术的进展趋势 水分仪的种类尽管很多，但其市场潜力却不尽相同，运算机技术、原子技术与半导体技术的飞速进展，给粮食水分检测技术的进展提供了广漠的空间。随着对无损检测技术的需要，无损检测仪器将慢慢实现标准化、通用化和系列化，大规模可编程逻辑器件和数字信号处置器的推行和本钱的降低，必将加速其在无损检测技术上的应用，不仅提高信号搜集和处置速度，知足市场大量实时性要求，也将缩短开发时刻，增加硬件的功能和扩展性。运算机软件及硬件在无损检测技术上的应用，将实现温度等重要检测因素的自动补偿，使
16、检测仪器由过去的单一化向多用途方向进展，适用于多种不同环境下的无损检测。互联网技术的迅猛进展会为无损检测技术带来质的飞跃，实现多用户共享和远程操纵，幸免人力、物力和财力的浪费。本课题所设计的电导式粮食水分测试仪，能够对粮食中水分进行实时的、无损的数字化检测，具有经济、有效、快捷等优势。其最终测量结果的数字化进程，易于实现与微处置器和运算机接口技术，实现测量的自动化和智能化。考虑设计本钱和设计时刻问题，那个地址就没有进行下去。2 设计原理与元器件介绍粮食水分测试仪要紧有检测电路、振荡电路、整流电路、运算放大器、A/D转换器和译码显示电路组成。由稳压电源通过振荡电路产生交流电压，再通过变压器和整流
17、电路后交流电压变成直流高压，那个直流高压加到电导传感器的两头后，（图有问题）产生的电流通过由运算放大器组成的电流电压转换电路转换为电压信号，再通过A/D转换器后经译码显示电路显示检测结果，达到粮食水分快速测量的目的。粮食水分测试仪的原理框图如图2.1所示。图2.1粮食水分测试仪的原理框图2.1 7555按时器2.1.1 7555按时器的组成和工作原理（1）电路组成及其引脚7555按时器的外引线排列图和引脚图别离如图2.2、2.3所示。它是由上、下两个电压比较器、三个5k电阻、一个RS触发器、一个放电三极管T和功率输出级组成。比较器C1的反相输入端接到由三个5 k电阻组成的分压网络的VCC处（也
18、称操纵电压端），同相输入端为阀值电压输入端。比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的VCC处，反相输入端为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端操纵RS触发器。RS触发器设置有复位端RD，当复位端处于低电平常，输出为低电平。操纵电压端是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变操纵端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不历时可将它与地之间接一个的电容，以避免干扰电压引入。7555的电源电压范围是3V18V，输出电流可达200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。 图2.2 7555按时器的外引线排列图 图2.3 7555按时器的引脚图（2）7555的工作原
19、理它含有两个电压比较器，一个大体RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器组成份压，它们别离使高电平比较器C1同相较较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为VCC和VCC。C1和C2的输出端操纵RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过VCC时，触发器复位，7555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于VCC时，触发器置位，7555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，7555输出低电平。平常该端开路或接VCC。Vco是操纵电压端（5脚），平常输出VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压
20、，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种操纵，在不接外加电压时，通常接一个uF的电容器到地，起滤波作用，以排除外来的干扰，以确保参考电平的稳固。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.2.1.2 7555按时器组成的多谐振荡器（1）多谐振荡器的特点：不需外触发的自激振荡器；无稳固状态，均为暂稳态；矩形波中含有丰硕的高次谐波，适应称多谐振荡器。（2）多谐振荡器的工作原理：接通电源后，VCC经R1、R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时VCVCC，因此7555内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，即RD=1，SD=0，大体RS触发器置1，输出端Q
21、为高电平。现在Q=O，使内部放电管截止。当VC上升到大于VCC时，RD=1，SD=1，大体RS触发器状态不变，即输出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于VCC时，RD=0，SD=1，大体RS触发器置0，输出端Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容C经R2和内部放电管放电，Vc按指数规律减小。当VC下降略小于VCC时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，大体RS触发器置1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是C终止放电并从头开始充电。如此循环不止，输出端就取得一系列矩形脉冲，如图2.5所示。 图2.5 由7555组成的多谐振荡器及工作波形（3）要紧参数计算： （2.
22、1）改变、和的值，就能够够改变振荡器的频率。若是利用外接电路改变端（5号端）的电位，那么能够改变多谐振荡器高触发端的电平，从而改变振荡周期T。在实际应用中，常常需要调剂t1和t2。在此，引进占空比的概念，输出脉冲的占空比为： （）2.2变压器变压器由铁芯和线圈组成是一种变换电压的静止电器。它是靠电磁感应原理把某种频率的电压变换成同频率的另一种或多种数值不等（或相等）电压的功率传输装置。它不仅能改变交流电的电压，同时还能改变阻抗，在不超设计功率时，还可改变电流。在不同的环境下，变压器的用途也不同，如：（1）远距输入电线路，为减小线路损耗，从发电厂出来的电，要先升压到几万伏（如11KV），抵达目的
23、地时，再降压（如220V）。（2）在电子放大线路中，为达到两线放大间转输能量消耗最少，要进行阻抗匹配，用变压器联接，可起到改变阻抗的作用。（3）电焊时，在焊条与焊件间所需电流专门大，而电压很小。电焊机确实是一个变压器，它把高电压（如220V）变成低压。而在不改变功率的条件下，在输出端产生专门大的电流。（4）有时在一个环境中需要不同的电压，变压器又可制成多绕组或中间抽头式。进而产生多种电压。（5）在交流稳压器中，采纳即时改变输出线圈的圈数，来达到调速输出电压的目的。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当低级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）
24、。变压器的特性参数有：（1）工作频率：变压器铁芯损耗与频率关系专门大，故应依照利用频率来设计和利用，这种频率称工作频率。（2）额定功率：在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。（3）额定电压：指在变压器的线圈上所许诺施加的电压，工作时不得大于规定值。（4）电压比：指变压器低级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。（5）空载电流：变压器次级开路时，低级仍有必然的电流，这部份电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引发）组成。关于50Hz电源变压器而言，空载电流大体上等于磁化电流。（6）空载损耗：指变压器次级开路时，在低级测
25、得功率损耗。要紧损耗是铁芯损耗，第二是空载电流在低级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部份损耗很小。（7）效率：指次级功率P2与低级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。（8）绝缘电阻：表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所利用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。2.3 桥式整流电路整流桥有多种方式能够用整流二极管将交流电转换为直流电，包括半波整流、全波整流和桥式整流等。整流桥，确实是将桥式整流的四个封装在一路，只引出四个引脚。四个引脚中，两个直流输出端标有或，两个交流输入端有标记。整流桥工作原理图如图2.6所示。图2.6整流桥工作原理图
26、 整流桥的作用确实是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，通常电源中采纳的整流桥除这种单颗集成式的还有采纳四颗二极管实现的，它们的原理完全相同，作用确实是整流，把交流电变成直流电。实质上确实是把4个硅二极管接成桥式整流电路以后封装在一路用塑料包装起来，引出4个脚，其中2个脚接交流电源，用符号表示，2个脚是直流输出，用表示。 特点是方便小巧、不占地址。规格型号一样直接用参数表示：50伏1安，100伏5安等等。选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。图桥式整流电路图 图桥式整流电路简化图桥式整流电路是利用最多的一种整流电路，其电路图如图、所示。这种电路，只要增加
27、两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优势，而同时在必然程度上克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管经受反压大的缺点。图 桥式整流电路工作原理图桥式整流电路的工作原理图如图所示，其工作原理为：E2 为正半周时，对D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中组成E2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整洗电压，E2 为负半周时，对D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中组成E2 、D2 、Rfz 、D4 通电回路，一样在Rfz 上形成
28、上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz上便取得全波整流电压。桥式电路中每只二极管经受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半。2.4高阻运算放大器F31302高阻型运算放大器高阻型集成运算放大器的特点是差模输入阻抗超级高，输入偏置电流超级小。实现这些指标的要紧方法是利用处效应管高输入阻抗的特点，用处效应管组成运算放大器的差分输入级。输入级常常采纳结型场效应管JFET与BJT相结合组成差动输入级，称为BIFET，或采纳超管与BJT结合的电路，组成差动输入级。因为是在通用型无法知足特殊的应用要求的情形下，高阻型运算放大器才产生的。而高阻型运算放大器的特点是差模输
29、入阻抗高。输入级采纳了JFET和BJT组成了差动输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优势，但输入失调电压较大。2.4.2 F3130运算放大器F3130运算放大器结合了PMOS和双级晶体管的优势制作的一种集成电路PMOS晶体管用于输入级提供了超级高的输入阻抗，超级低的输入电流和优良的速度特性。它可普遍用作快速采样维持放大器、高输入阻抗宽带放大器、电压调整器、跟从器和电压峰值检波器等。F3130封装外形图和大体连线图别离如图、所示。F3130运算放大器特点：低输入偏置电流：20PA、高输入阻抗：、转换速度高：30v/s。 图 F3130封装外形图图 F3130大体接线图2.4.3运算放大器的作用在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可超级方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处置（滤波、调制）和波形的产生和变换。集成运算放大器的种类超级多，可适用于不同的场合。运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常
