CN107219141A - 一种水分采样电路及具备该电路的电容式水分分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水分采样电路及具备该电路的电容式水分分析仪。一种水分采样电路包括数据采集模块、主控模块。所述数据采集模块，用于采集待检测谷物的重量、并检测流经所述待检测谷物的电流的频率,所述数据采集模块包括：压力采集子模块和频率采集子模块；所述主控模块，由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和所述频率，确定所述待检测谷物的水分值，其中，所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成。应用本发明，可以提高待检测谷物水分测量的准确性。

Description

一种水分采样电路及具备该电路的电容式水分分析仪

技术领域

本发明涉及水分检测领域，特别涉及一种水分采样电路及具备该电路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，并未考虑到周围环境对于水分值的影响，影响测量结果的准确性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水分采样电路及具备该电路的电容式水分分析仪，以提高待检测谷物的水分检测的准确性。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种水分采样电路，包括：压力采集子模块和频率采集子模块；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。

本发明还公开了一种电容式水分分析仪，包括上述的水分采样电路。

作为上述方案的进一步优化，一种电容式水分分析仪还包括：主控模块和电源模块，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和所述频率，确定所述待检测谷物的水分值，其中，所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成；

所述电源模块包括：输入模块U3为电源接口用于接收输入电压，经过电容C1滤波后输入至电压转换芯片U1，所述电压转换芯片U1的型号为SPX1117-5.0，所述电压转换芯片U1经过变压输出后经过电容C2滤波并通过二极管D1后输出电压VCC_1，所述输出电压VCC_1连接电容C3并将滤波后的电压输入至电压转换芯片U2，所述电压转换芯片U2输出端与电容C4相连，输出电压VCC，且电容C4的另一端接地，所述电源模块用于为所述主控模块以及所述压力采集子模块、频率采集子模块提供工作电压。

可选的，还包括显示模块，所述显示模块包括：LCD的型号为JLX12864G-332-2-BN，所述LCD的数据总线引脚1和引脚2连接VCC，引脚4至引脚7、引脚10至引脚13分别通过LCD_D7至LCD_D4、LCD_D3至LCD_D0和所述主控模块的数据引脚相连，引脚8至引脚9通过控制信号LCD_ON、LCD_CD，以及引脚14-引脚16通过控制信号LCD_RD、LCD_RW、LCD_RS与所述主控模块相连。

作为上述方案的进一步优化，一种电容式水分分析仪，所述数据采集模块还用包括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，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。

作为上述方案的进一步优化，一种电容式水分分析仪还包括报警模块，

所述报警模块，用于所述主控模块根据所述水分值进行报警；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。

本发明还公开了一种电容式水分分析仪，包括上述的水分采样电路。

(1)、本发明的一种电容式水分分析仪的水分采样电路，通过待检测谷物的重量和频率获得待检测谷物的水分值相比较现有技术中只通过水分传感器获得待检测谷物的水分值，能够提高水分值的准确度；另外，本发明实施例还考虑待检测谷物周围的环境温度，进一步获得待检测谷物的水分值，因此，能够消除温度对待检测谷物与水分值的影响，达到了提高待检测谷物水分值测量的准确性；

(2)、本发明的一种电容式水分分析仪，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)、本发明的一种电容式水分分析仪，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。

附图说明

图1是本发明的采集模块的电路图；

图2为温度采集的电路图

图3是本发明的电压转换的电路图；

图4是本发明的显示电路的电路图；

图5为主控模块的电路图；

图6为报警模块的电路图；

图7为按键模块的电路图。

具体实施方式

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，此处所描述的具体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。

一种水分采样电路如图1所示，具体包括：压力采集子模块和频率采集子模块；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。

本发明的一种电容式水分分析仪，包括上述的水分采样电路，还包括主控模块的情况下，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和所述频率，确定所述待检测谷物的水分值，其中，所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成；

本发明实施例中还可以包括用于为数据采集模块、主控模块、显示模块供电的单元模块，具体的电源模块电路可以为如图2所示的电压转换电路，U3为电源connector用于接收输入电压，经过电容C1滤波后输入至电压转换芯片U1，具体的电压转换芯片的型号为SPX1117-5.0，U1经过变压输出后经过电容C2滤波并通过二极管D1后输出电压VCC_1，然后连接电容C3并将滤波后的电压输入至电压转换芯片U2，U2输出端与电容C4相连，输出电压VCC，且电容C4的另一端接地。

如图3所示为显示模块电路图，具体可以包括：LCD的型号为JLX12864G-332-2-BN，所述LCD的数据总线引脚1和引脚2连接VCC，引脚4至引脚7、引脚10至引脚13分别通过LCD_D7至LCD_D4、LCD_D3至LCD_D0和所述主控模块的数据引脚相连，引脚8至引脚9通过控制信号LCD_ON、LCD_CD，以及引脚14-引脚16通过控制信号LCD_RD、LCD_RW、LCD_RS与所述主控模块相连，图4为主控模块的电路图，可以连接如图1至图3的电路。

需要说明的是，可以理解的是，数据采集模块可以采集到谷物的总量，具体的，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。具体的，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。

所述数据采集模块用于将采集到的数据发送至主控模块，以便主控模块进行数据处理。

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。

具体的，计算规则可以为:

M＝a₁+a₂x_c+a₃x_cx_T+a₄x_c ²

式中，M为谷物水分值；x_c为谷物频率；a0，a1，a2，a3，a4分别为根据估值设定的系数。

进一步的，所述数据采集模块还用包括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，所述温度采集子模块，如图5所示，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。

具体的，计算规则可以为：

M＝a₀x_T+a₁+a₂x_c+a₃x_cx_T+a₄x_c ²

其中，a₀为根据温度值设定的温度系数，x_T为温度值。

应用本发明图5所示的实施例，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，具体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体限定。

进一步的，还包括：报警模块，

参见图6，所述报警模块，用于所述主控模块根据所述水分值进行报警；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。

应用本发明图6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。

进一步的，本发明还可以包括如图7所示的按键模块，所述按键模块包括：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。

具体的，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。

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 (6)

1.一种水分采样电路，其特征在于，包括：压力采集子模块和频率采集子模块；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。

2.一种电容式水分分析仪，其特征在于，包括权利要求1所述的水分采样电路。

3.根据权利要求2所述的一种电容式水分分析仪，其特征在于，还包括：主控模块和电源模块，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和所述频率，确定所述待检测谷物的水分值，其中，所述主控模块由型号为PIC18F458的单片机组成；

所述电源模块包括：输入模块U3为电源接口用于接收输入电压，经过电容C1滤波后输入至电压转换芯片U1，所述电压转换芯片U1的型号为SPX1117-5.0，所述电压转换芯片U1经过变压输出后经过电容C2滤波并通过二极管D1后输出电压VCC_1，所述输出电压VCC_1连接电容C3并将滤波后的电压输入至电压转换芯片U2，所述电压转换芯片U2输出端与电容C4相连，输出电压VCC，且电容C4的另一端接地，所述电源模块用于为所述主控模块以及所述压力采集子模块、频率采集子模块提供工作电压。

4.根据权利要求2所述的一种电容式水分分析仪，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块包括：LCD的型号为JLX12864G-332-2-BN，所述LCD的数据总线引脚1和引脚2连接VCC，引脚4至引脚7、引脚10至引脚13分别通过LCD_D7至LCD_D4、LCD_D3至LCD_D0和所述主控模块的数据引脚相连，引脚8至引脚9通过控制信号LCD_ON、LCD_CD，以及引脚14-引脚16通过控制信号LCD_RD、LCD_RW、LCD_RS与所述主控模块相连。

5.根据权利要求2所述的一种电容式水分分析仪，其特征在于，所述数据采集模块还用包括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，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。

6.根据权利要求2所述的一种电容式水分分析仪，其特征在于，还包括：报警模块，

所述报警模块，用于所述主控模块根据所述水分值进行报警；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。