CN101261143A - 一种便携式粮情检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式粮情检测装置，它包括壳体，该壳体上设有气体采集入口和气体采集出口，该壳体内设有检测电路，该检测电路包括单片机、温湿度传感器、二氧化碳传感器和微型气泵，该温湿度传感器和二氧化碳传感器均与单片机相连，该单片机通过功率驱动单元与微型气泵相连。本发明可手持使用，方便携带，检测速度快，操作简单，结果准确，可满足我国粮库粮情检测的需要。本发明便携式粮情检测装置适用于储粮真菌及害虫危害早期检测、粮仓中通风效果评价，保障了粮库管理人员的安全。

Description

一种便携式粮情检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体地说，是涉及一种针对由真菌和害虫引起的粮堆温湿度和二氧化碳含量变化情况进行测量的检测装置。

背景技术

我国是一个粮食生产大国，2000年粮食产量为9500多亿斤，人均占有量为700多斤，2007年已突破10000亿斤大关。储粮质量安全事关我国国民经济发展和社会安定，与民生息息相关，它一直得到党和政府领导的高度关注。目前我国现有国家和地方粮库上千个，分布于全国各地。在我国引起储粮的损失主要有鼠、害虫和真菌，近年来，随着我国粮库建设资金投入的增大，储粮条件得到了明显的改善，加之一些新技术的应用，我国储粮鼠和害虫的危害已可得到有效的预治。但储粮真菌的危害一直未得到解决，它影响了我国的储粮安全。目前，我国粮库中粮情检测主要用测粮温的方法进行粮情预测，这种方法用于粮情预测存在如下几点不足：1)粮食是一种不良导体，通过对粮食进行测温的方法来预测粮情，存在着严重的滞后性，使工作人员不能及时采取措施处理；2)有些真菌在生长过程中产生热量很低，如灰绿曲霉，所以无法用目前的测粮温方法进行全面的储粮真菌危害的预测；3)该测粮温方法严重受环境因素影响，精度不高；4)测定温度范围小。因此，设计出一种快速、准确、精度高的粮情检测仪器，对解决目前我国粮情检测方面存在的问题以及减少储粮损失，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式粮情检测装置，该检测装置对粮堆中的二氧化碳含量和温湿度进行检测，检测精度高，可有力保证粮食仓储质量，提高我国储粮安全级别。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种便携式粮情检测装置，其特征在于：它包括壳体，该壳体上设有气体采集入口和气体采集出口，该壳体内设有检测电路，该检测电路包括单片机、温湿度传感器、二氧化碳传感器和微型气泵，其中：该温湿度传感器和二氧化碳传感器均与单片机相连，该单片机通过功率驱动单元与微型气泵相连。

所述壳体内还设有空气过滤器、第一检测气室和第二检测气室，所述温湿度传感器设于第一检测气室内，所述二氧化碳传感器设于第二检测气室内，该空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室、所述微型气泵通过气道相连，并设于所述气体采集入口与所述气体采集出口之间。实际应用中，所述气体采集入口经气道与所述空气过滤器的进气口相连，所述空气过滤器的出气口经气道与所述第一检测气室的进气口相连，所述第一检测气室的出气口经气道与所述第二检测气室的进气口相连，所述第二检测气室的出气口经气道与所述微型气泵的输入口相连，所述微型气泵的输出口对应所述气体采集出口放置。所述第一检测气室的进气口远离其内设置的所述温湿度传感器的探头，所述温湿度传感器的探头平行于所述第一检测气室内的空气流动方向放置。所述第一检测气室的进气口与出气口错位设置。

所述检测电路中：所述单片机的一个IO引脚与所述二氧化碳传感器的输出端相接，所述单片机的另两个IO引脚分别与所述温湿度传感器的串行时钟输入端、串行数据输入输出端相接；所述功率驱动单元为一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的栅极经一个电阻与所述单片机上与其相对应的一个IO引脚相接，该PMOS晶体管的漏极与所述微型气泵的控制端相接。

所述壳体上还设有液晶显示屏和按键，该液晶显示屏和按键均通过接口电路与所述单片机相连。所述单片机通过RS232接口或USB接口与PC机相连，所述单片机通过RS485接口或CAN总线与粮情监测总站相连。

本发明的优点是：

1、考虑到气泵属于功率元件，在叶轮高速旋转抽入样品气体的过程中，气泵会散发热量，散发的热量会对样品气体的温度产生影响，所以，本发明粮情检测装置的气路设计采用泵后置方式，即将微型气泵设置在气路的最末端(指设置在空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室的后面)，采用强排方式对样品气体进行采样，这种气路设计不仅可以达到抽取样品气体的目的，而且不会影响气体温度检测的精确度。

2、由于第一检测气室的进气口远离其内设置的温湿度传感器的探头，温湿度传感器的探头平行于第一检测气室内的空气流动方向放置，且第一检测气室的进气口与出气口错位设置，这种气室构造和探头摆放的设计使得进入第一检测气室的气体流速减慢，温湿度传感器充分接触气室内的气体，从而使温湿度传感器的检测更加准确。

3、由于本发明粮情检测装置同时通过对粮堆的空气进行温湿度和二氧化碳含量的检测来预报粮食储藏情况，所以，本发明预测出的结果不存在滞后性，使得工作人员能及时地采取措施处理，而且通过本发明进行粮情检测受环境因素的影响较小，检测范围大。

4、本发明可适用于产生热量很低的储粮真菌危害的检测，如检测生长过程中产生热量很低的灰绿曲霉。

5、本发明可手持使用，方便携带，在5分钟内便可完成一次检测，检测速度快，操作简便，结果准确，可满足我国粮库粮情检测的需要。

本发明便携式粮情检测装置适用于储粮真菌及害虫危害早期检测、粮仓中通风效果评价，保障了粮库管理人员的安全。

附图说明

图1是本发明粮情检测装置的外观示意图；

图2是检测电路的组成框图；

图3是本发明中的气路连接示意图；

图4是本发明中的第一检测气室的结构示意图；

图5是检测电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本发明粮情检测装置包括壳体10，该壳体10上设有气体采集入口11和气体采集出口12，该壳体10内设有检测电路，该检测电路包括单片机100、温湿度传感器200、二氧化碳传感器300和微型气泵400。该温湿度传感器200和二氧化碳传感器300均与单片机100相连，该单片机100通过功率驱动单元500与微型气泵400相连。单片机100主要负责控制气体样品的提取采集、数据处理和数据存取等任务，温湿度传感器200用来检测粮堆空气的温湿度情况，二氧化碳传感器300用来检测粮堆空气的二氧化碳含量，而微型气泵400用来将粮仓空气抽取到气室中，以便各传感器对气体进行测量。在实际应用时，单片机100可选用STC系列STC12C5410AD微处理器，微型气泵400可选用GMPA-3型微型气泵，温湿度传感器200可选用SHT7X数字集成温湿度传感器，该传感器的检测温度范围大，而因二氧化碳含量是表征粮食呼吸功能强弱的重要指标，对二氧化碳的测量精度要求较高，故二氧化碳传感器300可选用美国GE公司的6004型红外CO2传感器测量模块。

本发明粮情检测装置主要是对粮仓里的气体进行采样测量，因此需要一套精密的气路来对气体进行提取。如图3所示，壳体10内还设有空气过滤器13、第一检测气室14和第二检测气室15，温湿度传感器200设于第一检测气室14内，二氧化碳传感器300设于第二检测气室15内，该空气过滤器13、第一检测气室14、第二检测气室15、微型气泵400通过气道16相连，并设于气体采集入口11与气体采集出口12之间。

在气路设计中，微型气泵的安装可有两种方式：第一种是将微型气泵400安装在气路的最前端，即安装在空气过滤器13与第一检测气室14之间，其负责将气体抽入安装有传感器的气室中；第二种是将微型气泵400安装在气路的最末端，即第二检测气室15之后，其负责将气体抽入气路，并将气路中的气体强制排出整个气路。在实际应用时，考虑到微型气泵400属于功率元件，气泵提取气体主要是靠高速旋转的叶轮，叶轮在旋转过程中会发热，而散发的热量可能会使抽入的气体温度上升，势必会影响气体温度的测量，因此，在本发明中，微型气泵400采用第二种方式安装，如图3所示，气体采集入口11经气道16与空气过滤器13的进气口相连，空气过滤器13的出气口经气道16与第一检测气室14的进气口相连，第一检测气室14的出气口经气道16与第二检测气室15的进气口相连，第二检测气室15的出气口经气道16与微型气泵400的输入口相连，微型气泵400的输出口对应气体采集出口12放置。可见，微型气泵400设置在了气路的最末端，样品气体被各传感器测量后才经微型气泵400排出壳体10，我们将该气路称为强排式气路形式。

气室被串联在气路中的目的主要是用来缓冲流动的样品气体，从而为气室内的传感器提供一个稳定的采样测量环境。6004型二氧化碳传感器300本身带有气室(即图3所示的第二检测气室15)，而SHT7X温湿度传感器200本身不带有气室，故在本发明中，对其内安装有温湿度传感器200的第一检测气室14进行了结构设计。考虑到气流对温湿度测量的影响较大，因此，如图4所示，将第一检测气室14的进气口141远离其内设置的温湿度传感器200的探头201，且使温湿度传感器200的探头201平行于第一检测气室14内的空气流动方向放置。为了使气体较长时间地在气室中停留，将第一检测气室14的进气口141与出气口142错位设置，如图4，进气口141较低，出气口142较高，进气口141与出气口142不相对设置。

如图5所示，在检测电路中，单片机U1(即图2的单片机100)的一个IO引脚P1.0/ADC0与二氧化碳传感器300的输出端AVOUT相接，单片机U1的另两个IO引脚P2.5和PCA3/P2.4分别与温湿度传感器200的串行时钟输入端SCK、串行数据输入输出端DATA相接。一般，传感器对气体流量是有要求的，气体流量过大或过小均会影响传感器的测量精度，因此，在检测电路中设计了可调节流量并对微型气泵400进行功率驱动的功率驱动单元500。功率驱动单元500为一个PMOS晶体管V1，该PMOS晶体管V1的栅极经一个电阻R2与单片机U1上与其相对应的一个IO引脚P3.7/PCA0相接，该PMOS晶体管V1的源极接地，该PMOS晶体管V1的漏极与微型气泵400的控制端MOTOR相接。单片机U1通过控制功率驱动单元500而电压调节气泵的转速，从而控制气路中气体流量的大小。

如图1和图2所示，壳体10上还可设有液晶显示屏17和按键18，该液晶显示屏17和按键18均通过接口电路600与单片机100相连。单片机100可通过RS232接口或USB接口701与PC机700相连，单片机100可通过RS485接口或CAN总线801与粮情监测总站800相连。另外，可为电池配设电池充电控制芯片(如BQ2057W芯片)，还可在电路中设置时钟管理芯片(如DS1302)，以使液晶显示屏17上显示的时间准确性不受掉电影响。

本发明的工作过程为：

将检测装置放置在待测空气质量的位置上，按一下按键“开/关机”，检测装置开机，液晶显示屏17显示主界面，电池向所有元器件供电，按一下按键“测试”，检测装置开始进行检测。单片机100令微型气泵400启动，并控制微型气泵400的转速，粮堆的空气从气体采集入口11被抽入气道16内，继而经过空气过滤器13，空气过滤器13对抽入的空气中的杂质进行滤除，降低杂质对传感器测量精度的影响，然后抽入的空气依次进入第一检测气室14和第二检测气室15。在第一检测气室14内，温湿度传感器200对气体进行温度和湿度的测量，在测量过程中，单片机U1(即图2的单片机100)向温湿度传感器200的串行时钟输入端SCK输入时钟控制信号，让温湿度传感器200与单片机U1的时钟相同步，并且单片机U1向温湿度传感器200的串行数据输入输出端DATA输入控制指令而控制温湿度传感器200的测量，当温湿度传感器200测量完毕后，其通过串行数据输入输出端DATA将测得的温湿度数据传输给单片机U1，单片机U1对该温湿度数据进行存储并处理。在第二检测气室15内，二氧化碳传感器300对气体进行二氧化碳含量的测量，二氧化碳传感器300通过输出端AVOUT将测得的二氧化碳含量数据传输给单片机U1，单片机U1对该二氧化碳含量数据进行存储并处理。当气体在两个气室内的测量完成后，单片机U1控制微型气泵400的转速，使气道16内的气体经微型气泵400而从气体采集出口12排出，从而完成检测过程。当单片机U1处理完温湿度数据和二氧化碳含量数据后，单片机U1将测得的温湿度和二氧化碳含量数据显示在液晶显示屏17上，以供操作人员查看。

在实际测量时，操作人员可通过按键“设置”而对气泵的空转流量和采样流量、空转时间等参数进行设置，从而使检测装置按照设置参数值对气体进行采样测量。而且，在检测装置处于开机状态时，操作人员可随时通过按键“查阅”和上下左右键对所有测量结果信息进行查阅，如检测时间、检测地点、粮食品种等。当工作人员在远端操作时，检测装置还可通过RS232接口或USB接口701将检测结果信息传输到PC机700上显示和处理，检测装置还可通过RS485接口或CAN总线801将检测结果信息汇报给粮情监测总站800。

本发明的优点是：

1、考虑到气泵属于功率元件，在叶轮高速旋转抽入样品气体的过程中，气泵会散发热量，散发的热量会对样品气体的温度产生影响，所以，本发明粮情检测装置的气路设计采用泵后置方式，即将微型气泵设置在气路的最末端(指设置在空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室的后面)，采用强排方式对样品气体进行采样，这种气路设计不仅可以达到抽取样品气体的目的，而且不会影响气体温度检测的精确度。

2、由于第一检测气室的进气口远离其内设置的温湿度传感器的探头，温湿度传感器的探头平行于第一检测气室内的空气流动方向放置，且第一检测气室的进气口与出气口错位设置，这种气室构造和探头摆放的设计使得进入第一检测气室的气体流速减慢，温湿度传感器充分接触气室内的气体，从而使温湿度传感器的检测更加准确。

3、由于本发明粮情检测装置同时通过对粮堆的空气进行温湿度和二氧化碳含量的检测来预报粮食储藏情况，所以，本发明预测出的结果不存在滞后性，使得工作人员能及时地采取措施处理，而且通过本发明进行粮情检测受环境因素的影响较小，检测范围大。

4、本发明可适用于产生热量很低的储粮真菌危害的检测，如检测生长过程中产生热量很低的灰绿曲霉。

5、本发明可手持使用，方便携带，在5分钟内便可完成一次检测，检测速度快，操作简便，结果准确，可满足我国粮库粮情检测的需要。

本发明便携式粮情检测装置适用于储粮真菌及害虫危害早期检测、粮仓中通风效果评价，保障了粮库管理人员的安全。

Claims (8)

1、一种便携式粮情检测装置，其特征在于：它包括壳体，该壳体上设有气体采集入口和气体采集出口，该壳体内设有检测电路，该检测电路包括单片机、温湿度传感器、二氧化碳传感器和微型气泵，其中：该温湿度传感器和二氧化碳传感器均与单片机相连，该单片机通过功率驱动单元与微型气泵相连。

2、根据权利要求1所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述壳体内还设有空气过滤器、第一检测气室和第二检测气室，所述温湿度传感器设于第一检测气室内，所述二氧化碳传感器设于第二检测气室内，该空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室、所述微型气泵通过气道相连，并设于所述气体采集入口与所述气体采集出口之间。

3、根据权利要求2所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述气体采集入口经气道与所述空气过滤器的进气口相连，所述空气过滤器的出气口经气道与所述第一检测气室的进气口相连，所述第一检测气室的出气口经气道与所述第二检测气室的进气口相连，所述第二检测气室的出气口经气道与所述微型气泵的输入口相连，所述微型气泵的输出口对应所述气体采集出口放置。

4、根据权利要求3所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述第一检测气室的进气口远离其内设置的所述温湿度传感器的探头，所述温湿度传感器的探头平行于所述第一检测气室内的空气流动方向放置。

5、根据权利要求4所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述第一检测气室的进气口与出气口错位设置。

6、根据权利要求1至5中的任一项所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述检测电路中：所述单片机的一个IO引脚与所述二氧化碳传感器的输出端相接，所述单片机的另两个IO引脚分别与所述温湿度传感器的串行时钟输入端、串行数据输入输出端相接；所述功率驱动单元为一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的栅极经一个电阻与所述单片机上与其相对应的一个IO引脚相接，该PMOS晶体管的漏极与所述微型气泵的控制端相接。

7、根据权利要求1所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述壳体上还设有液晶显示屏和按键，该液晶显示屏和按键均通过接口电路与所述单片机相连。

8、根据权利要求1所述的便携式粮情检测装置，其特征在于：所述单片机通过RS232接口或USB接口与PC机相连，所述单片机通过RS485接口或CAN总线与粮情监测总站相连。

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