CN107192746A - 一种具备提醒功能的电容式水分分析仪 - Google Patents

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程胜利
周俊立
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Abstract

本发明公开了一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，包括：电源模块、主控模块、数据采集模块、显示模块、报警模块；所述数据采集模块包括：温度采集子模块、频率采集子模块和压力采集子模块；所述数据采集模块与所述主控模块相连，所述显示模块与所述主控模块相连；所述电源模块分别与所述数据采集模块、所述主控模块、所述显示模块相连和所述报警模块相连；所述主控模块用于根据所述数据采集模块所采集到的数据或接收所述显示模块的控制命令用于控制所述报警模块。应用本发明实施例，可以实现对测量过程和测量结果的监控，避免用户进行人为监控，提高了用户体验。

Description

一种具备提醒功能的电容式水分分析仪
技术领域
本发明涉及谷物水分测量技术领域，特别涉及一种具备提醒功能的电容式水分分析仪。
背景技术
谷物含水率是特定谷物中包含的水分与重量的比值，是影响谷物品质的一个重要因素。实际应用中，谷物含水率可以决定了谷物贮藏的安全性，也同样谷物加工工艺与流通过程需要用到。例如在谷物的加工过程需要进行干燥，干燥是要达到减少谷物中水分含量的目的，通常是采用同热风或者直接对谷物进行加热，以降低谷物的含水率，但是干燥到什么程度可以停止，需要由获得的谷物含水率进行决定。从而，在对谷物的加工过程中可以不影响谷物营养成分及品质。
现有技术中的水分分析直接通过电容传感器获得待检测谷物的水分值，并未对过程中以及测量结果进行提醒，必要时，需要用户认为进行监控测量过程和测量结果。这样就造成用户体验不好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具备提醒功能的电容式水分分析仪，以实现对测量过程和测量结果的监控，避免用户进行人为监控，以提高用户体验。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，包括：电源模块、主控模块、数据采集模块、显示模块、报警模块；
所述数据采集模块包括：温度采集子模块、频率采集子模块和压力采集子模块；所述数据采集模块与所述主控模块相连，所述显示模块与所述主控模块相连；所述电源模块分别与所述数据采集模块、所述主控模块、所述显示模块相连和所述报警模块相连；所述主控模块用于根据所述数据采集模块所采集到的数据或接收所述显示模块的控制命令用于控制所述报警模块；
所述报警模块包括：语音控制芯片U7和扬声器SPK1，所述语音控制芯片U7的引脚2和引脚3与SPK1相连，所述语音控制芯片U7的引脚1和与电容C14的一端相连，所述电容C14的另一端与所述语音控制芯片U7的引脚5相连；所述语音控制芯片U7的引脚6、引脚7和引脚8分别与所述主控模块相连，其中，所述语音控制芯片U7的型号为：SC8035；
所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成。
可选的，所述数据采集模块的电路图包括：
所述压力采集子模块包括：压力传感器采集到的数据经过电阻R10和电阻R14发送至AD转换器，所述AD转换器的型号为HX711，所述AD转换器的引脚1连接电压VCC并通过电容C8、C9接地，并通过电感L1与引脚16相连，所述AD转换器的引脚2通过电阻R11连接至三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极与所述电容VCC相连，所述三极管Q4的集电极与所述AD转换器的引脚3相连，且所述引脚3与电压VDD相连，且所述电压VDD通过电阻R12所述AD转换器的引脚4相连，所述引脚4通过电阻R15与所述AD转换器的引脚5相连并接地，所述AD转换器的引脚6通过电容C15接地，所述AD转换器的引脚7和引脚8分别与所述压力传感器的数据分别与所述电阻R10和所述电阻R14相连，用于接收所述压力传感器采集到的数据，所述AD转换器的引脚11和引脚12分别与所述主控模块相连；
频率采集子模块包括：电容传感器采集到的数据经过电阻R1电容C1和电容C3组成的滤波器后传输至电感LH1的引脚1，所述电感LH1的引脚3、引脚4和引脚5相连接，且均与电压VCC相连，所述电压VCC经过电容C2接地；所述电感LH1的引脚5通过电阻R2与所述电感LH1的引脚2连接至三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的集电极与发射极之间并联电容C4，所述三极管Q1的发射极通过并联连接的电容C8和电阻R8接地，所述三极管Q1的基极通过电阻R4与电压VCC相连，且通过电阻R7与二极管D1的阳极相连，所述二极管D1的阴极接地；所述三极管的基极通过电容C6接地；所述三极管Q1通过电容C5与三极管Q2的基极相连，所述三极管Q2的基极通过电阻R5与所述三极管Q2的集电极相连并与电压VCC相连，所述三极管Q2通过电阻R9接地；所述三极管Q2发射极通过电容C7与三极管Q3的基极相连，且所述三极管Q3的基极通过电阻R6与所述三极管Q3的集电极相连，且所述三极管Q3的集电极通过电阻R3与电容L1与电压VCC相连，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与脉冲计数器相连，所述脉冲计数器的输出端与所述主控模块相连，所述脉冲计数器的型号为：74HC4024D；
温度采集子模块，所述温度采集子模块包括：温度传感器与电容C11相连，且所述电容C11的一端通过电阻R9连接到电压VCC，另一端通过连接至所述主控模块，且通过电阻R13、电容C13接地。
可选的，还包括：按键模块，所述按键模块与所述主控模块相连；
所述按键模块，至少包括用于进行温度、水分值的设定、以及对电源操作按键。
可选的，所述报警模块包括：语音控制芯片SC8035以及扬声器，所述主控模块与所述语音控制芯片SC8035相连，所述语音控制芯片SC8035与所述扬声器相连，用于控制所述扬声器的发声。
与现有技术相比，本发明的一种具备提醒功能的谷物水分分析仪具有以下有益效果：
(1)、本发明的一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，可以通过报警模块将水分测量过程中及测量结果进行报警提示，不需要用户进行监控过程和测量结果，提高用户体验；
(2)、本发明的一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，通过使用采集单元中的脉冲计数器能够提高脉冲计数的准确性，并在计数之前通过滤波和放大处理消除环境造成对测量结果的影响；
(3)、本发明的一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，通过按键设置用于进行温度、水分的参数，能够增强本发明所述水分分析仪的人机交互性。
附图说明
图1是本发明的报警模块电路图；
图2是本发明的数据采集模块电路图；
图3是本发明的温度采集子模块的电路图；
图4为显示模块的驱动电路；
图5为主控模块对应的电路图；
图6为按键模块的电路图；
图7为电源模块的电路图。
具备实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明技术方案进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具备实施例仅仅用以解释本发明技术方案，并不用于限制本发明技术方案的范围。
为解决现有技术问题，本发明实施例提供一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，包括：电源模块、主控模块、数据采集模块、显示模块、报警模块；所述数据采集模块包括：温度采集子模块、频率采集子模块和压力采集子模块的；所述数据采集模块与所述主控模块相连，所述显示模块与所述主控模块相连；所述电源模块分别与所述数据采集模块、所述主控模块、所述显示模块相连和所述报警模块相连；所述主控模块用于根据所述数据采集模块所采集到的数据或接收所述显示模块的控制命令用于控制所述报警模块；
参见图1，图1为报警模块的电路图，具备可以包括：语音控制芯片U7和扬声器SPK1，所述语音控制芯片U7的引脚2和引脚3与SPK1相连，所述语音控制芯片U7的引脚1和与电容C14的一端相连，所述电容C14的另一端与所述语音控制芯片U7的引脚5相连；所述语音控制芯片U7的引脚6、引脚7和引脚8分别与所述主控模块相连，其中，所述语音控制芯片U7的型号为：SC8035；
所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成。
具备的，参见图2，图为压力采集子模块和频率采集子模块的电路图，压力采集子模块包括：压力传感器采集到的数据经过电阻R10和电阻R14发送至AD转换器，所述AD转换器的型号为HX711，所述AD转换器的引脚1连接电压VCC并通过电容C8、C9接地，并通过电感L1与引脚16相连，所述AD转换器的引脚2通过电阻R11连接至三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极与所述电容VCC相连，所述三极管Q4的集电极与所述AD转换器的引脚3相连，且所述引脚3与电压VDD相连，且所述电压VDD通过电阻R12所述AD转换器的引脚4相连，所述引脚4通过电阻R15与所述AD转换器的引脚5相连并接地，所述AD转换器的引脚6通过电容C15接地，所述AD转换器的引脚7和引脚8分别与所述压力传感器的数据分别与所述电阻R10和所述电阻R14相连，用于接收所述压力传感器采集到的数据，所述AD转换器的引脚11和引脚12分别与所述主控模块相连；
频率采集子模块包括：电容传感器采集到的数据经过电阻R1电容C1和电容C3组成的滤波器后传输至电感LH1的引脚1，所述电感LH1的引脚3、引脚4和引脚5相连接，且均与电压VCC相连，所述电压VCC经过电容C2接地；所述电感LH1的引脚5通过电阻R2与所述电感LH1的引脚2连接至三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的集电极与发射极之间并联电容C4，所述三极管Q1的发射极通过并联连接的电容C8和电阻R8接地，所述三极管Q1的基极通过电阻R4与电压VCC相连，且通过电阻R7与二极管D1的阳极相连，所述二极管D1的阴极接地；所述三极管的基极通过电容C6接地；所述三极管Q1通过电容C5与三极管Q2的基极相连，所述三极管Q2的基极通过电阻R5与所述三极管Q2的集电极相连并与电压VCC相连，所述三极管Q2通过电阻R9接地；所述三极管Q2发射极通过电容C7与三极管Q3的基极相连，且所述三极管Q3的基极通过电阻R6与所述三极管Q3的集电极相连，且所述三极管Q3的集电极通过电阻R3与电容L1与电压VCC相连，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与脉冲计数器相连，所述脉冲计数器的输出端与所述主控模块相连，所述脉冲计数器的型号为：74HC4024D。
可以理解的是，数据采集模块可以采集到谷物的总量，具备的，可以通过压力传感器获得待检测谷物的重量。传感传感器通过待检测谷物对传感器造成的压力，进而获得所有待检测谷物的重量。另外，待检测谷物的频率可以通过电容式传感器获得。具备的，电容式传感器是将被测物非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它具有分辨率高、可进行非接触测量，并能在高温、低温和强辐射等环境中工作的优点。随着集成电路电子技术和计算机技术的发展，电容式传感器将成为一种前景广阔的传感器。
应用本发明图1所示的实施例，可以接收主控模块发送的信号，用于进行语音播报达到报警的目的，不需要用户进行监控，通过语音报警就能够达到提醒用户的目的。能够根据测量结果进行报警，能够提醒用户测量结果，以便用户进行进一步处理，且不用用户一直处于对设备的监控状态，提高了用户体验。
在本发明的实施例中，所述温度采集子模块用于通过温度传感器采集所述待检测谷物所在环境的温度值。
本发明实施例中，电容式传感器采用同轴圆筒，由两个同心金属圆柱筒面组成。设两圆柱面的长度为L，半径分别为AR和BR，如图1所示。当L>>(BR—AR)时,则可将两端边缘处电场不均匀性的影响忽略。这样，圆筒形电容器的电容为ln(π2ABRRCε)式中ε为介质的介电常数。
在获得重量和频率以后，将其发送到主控模块，主控模块可以根据预先存储的计算规则，通过频率和重量的数值获得水分值，还可以将其发送至显示模块。
示例性的，计算规则可以为:
M＝a1+a2xc+a3xcxT+a4xc 2
式中，M为谷物水分值；xc为谷物频率；a0，a1，a2，a3，a4分别为根据估值设定的系数。
可以理解的是，测量到的谷物的水分值与谷物所在的环境有着密切的关系，例如的温度对谷物的水分值具有不同的影响，基于此，本发明实施例中，还要测量待检测谷物所在环境的温度，进一步的，所述数据采集模块还包括用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值的温度采集子模块，如图3所示，所述温度采集子模块包括：温度传感器与电容C11相连，且所述电容C11的一端通过电阻R9连接到电压VCC，另一端通过连接至所述主控模块，且通过电阻R13、电容C13接地；所述主控模块，用于通过预设设定的计算规则，根据所述待检测谷物的所述重量、所述频率和所述温度值，确定所述待检测谷物的水分值。
具备的，计算规则可以为：
M＝a0xT+a1+a2xc+a3xcxT+a4xc 2
其中，a0为根据温度值设定的温度系数，xT为温度值。
能够进一步消除温度对待检测谷物的测量水分值的影响，能够进一步提高水分分析仪测量检测谷物所获得水分值的准确率。
本发明实施例中，具备的计算公式仅仅是本发明的一个实施例，不构成对本发明的具备限定。
本发明中，还提供了显示模块与主控模块的连接示意图，如图4所示为显示模块的驱动电路，图5为主控模块对应的单片机的各个引脚和上述各个模块的连接示意图。
显示模块，可以有LCD显示屏与主控模块相连进行实现，如图3所示，LCD的型号为JLX12864G-332-2-BN，引脚1和引脚2连接VCC，引脚4-引脚7、引脚10-引脚13分别通过LCD_D7至LCD_D4、LCD_D3至LCD_D0和主控模块的数据引脚相连，引脚8-引脚9通过控制信号LCD_ON、LCD_CD，引脚14-引脚16通过控制信号LCD_RD、LCD_RW、LCD_RS与所述主控芯片相连，图5为所述主控模块的各个引脚示意图。
本发明实施例所述的水分分析仪中还可以包括按键模块，具备实现如图6所示：按键信号输出模块U5，所述按键信号输出模块U5的引脚1至引脚7分别为：KEY_OK、KEY_UP、KEY_DOWN、KEY_CHOOSE、接地、KEY ON/OFF_DOWN、KEY ON/OFF，所述按键信号输出模块U5的引脚1至引脚4分别与按键S2、S3、S4、S5相连，所述按键信号输出模块U5的引脚7与按键S1的一端相连，且连接于三极管Q5的基极，所述三极管Q5的集电极和发射极分别接地；所述三极管Q5的基极与光电耦合器U6的引脚3相连，所述光电耦合器U6的引脚4通过电阻连接到工作电压；所述光电耦合器U6的引脚1和引脚2与所述主控模块相连。
本发明实施例中，通过光电耦合器能够消除噪音对信号的影响，进一步提高水分分析仪的性能。
具备的，可以通过按键设置温度阈值，或者水分检测的目标值(当达到该目标值时停止检测，或者采用报警模块进行报警)，能够进一步提高用户体验。
为了能够为本发明实施例所述的各个模块提供稳定的工作电压，本发明实施例还提供一种电压模块，如图7所示。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种具备提醒功能的谷物水分分析仪，其特征在于，包括：电源模块、主控模块、数据采集模块、显示模块、报警模块；
所述数据采集模块包括：温度采集子模块、频率采集子模块和压力采集子模块；所述数据采集模块与所述主控模块相连，所述显示模块与所述主控模块相连；所述电源模块分别与所述数据采集模块、所述主控模块、所述显示模块相连和所述报警模块相连；所述主控模块用于根据所述数据采集模块所采集到的数据或接收所述显示模块的控制命令用于控制所述报警模块；
所述报警模块包括：语音控制芯片U7和扬声器SPK1，所述语音控制芯片U7的引脚2和引脚3与SPK1相连，所述语音控制芯片U7的引脚1和与电容C14的一端相连，所述电容C14的另一端与所述语音控制芯片U7的引脚5相连；所述语音控制芯片U7的引脚6、引脚7和引脚8分别与所述主控模块相连，其中，所述语音控制芯片U7的型号为：SC8035；
所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成。
2.根据权利要求1所述的具备提醒功能的谷物水分分析仪，其特征在于，所述数据采集模块的电路图包括：
所述压力采集子模块包括：压力传感器采集到的数据经过电阻R10和电阻R14发送至AD转换器，所述AD转换器的型号为HX711，所述AD转换器的引脚1连接电压VCC并通过电容C8、C9接地，并通过电感L1与引脚16相连，所述AD转换器的引脚2通过电阻R11连接至三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极与所述电容VCC相连，所述三极管Q4的集电极与所述AD转换器的引脚3相连，且所述引脚3与电压VDD相连，且所述电压VDD通过电阻R12所述AD转换器的引脚4相连，所述引脚4通过电阻R15与所述AD转换器的引脚5相连并接地，所述AD转换器的引脚6通过电容C15接地，所述AD转换器的引脚7和引脚8分别与所述压力传感器的数据分别与所述电阻R10和所述电阻R14相连，用于接收所述压力传感器采集到的数据，所述AD转换器的引脚11和引脚12分别与所述主控模块相连；
频率采集子模块包括：电容传感器采集到的数据经过电阻R1电容C1和电容C3组成的滤波器后传输至电感LH1的引脚1，所述电感LH1的引脚3、引脚4和引脚5相连接，且均与电压VCC相连，所述电压VCC经过电容C2接地；所述电感LH1的引脚5通过电阻R2与所述电感LH1的引脚2连接至三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的集电极与发射极之间并联电容C4，所述三极管Q1的发射极通过并联连接的电容C8和电阻R8接地，所述三极管Q1的基极通过电阻R4与电压VCC相连，且通过电阻R7与二极管D1的阳极相连，所述二极管D1的阴极接地；所述三极管的基极通过电容C6接地；所述三极管Q1通过电容C5与三极管Q2的基极相连，所述三极管Q2的基极通过电阻R5与所述三极管Q2的集电极相连并与电压VCC相连，所述三极管Q2通过电阻R9接地；所述三极管Q2发射极通过电容C7与三极管Q3的基极相连，且所述三极管Q3的基极通过电阻R6与所述三极管Q3的集电极相连，且所述三极管Q3的集电极通过电阻R3与电容L1与电压VCC相连，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与脉冲计数器相连，所述脉冲计数器的输出端与所述主控模块相连，所述脉冲计数器的型号为：74HC4024D；
温度采集子模块，所述温度采集子模块包括：温度传感器与电容C11相连，且所述电容C11的一端通过电阻R9连接到电压VCC，另一端通过连接至所述主控模块，且通过电阻R13、电容C13接地。
3.根据权利要求1或2所述的具备提醒功能的谷物水分分析仪，其特征在于，还包括：按键模块，所述按键模块与所述主控模块相连；
所述按键模块，至少包括用于进行温度、水分值的设定、以及对电源操作按键。
4.根据权利要求1所述的具备提醒功能的谷物水分分析仪，其特征在于，所述报警模块包括：语音控制芯片SC8035以及扬声器，所述主控模块与所述语音控制芯片SC8035相连，所述语音控制芯片SC8035与所述扬声器相连，用于控制所述扬声器的发声。
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