CN111562292A - 一种新型活立木边材含水率测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种新型活立木边材含水率测量仪，其是由检测探头、检测电路、液晶显示屏、按键模块、可充电锂电池、充放电模块、稳压模块和单片机最小系统组成。其特征在于：所述探头与检测电路相连接，组成检测部分；液晶显示屏、按键模块组成数据结果显示部分；单片机最小系统是数据收集和处理部分。检测部分、按键模块连接在单片机的输入端，输出端是液晶显示屏，整个系统由锂电池供电。本发明的活立木边材含水率测量仪，响应时间快、误差小、便携，能够快速准确的测量活立木边材含水率，便于野外环境作业，提高活立木边材含水率的测量精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及林业调查领域，具体涉及一种新型活立木边材含水率测量仪。
背景技术
木材边材含水率是树木生长特性的一个重要的表征指标。水分对木材本身性质、木材储运保存、木材使用性能及以木质材料为基材的人造板性能和加工工艺等均有很大的影响，因此掌握理解木材中水分对木材的合理加工与利用有着重要意义。在林业领域，尚没有通用的用于野外测量的活立木边材含水率测量仪。目前检测活立木边材水分最通用的方法是介电常数法，此法测量活立木边材含水率较为准确，国内外通用的仪器是时域反射仪，但该仪器主要应用于土壤含水率测量，目前虽有国外学者用于活立木边材含水率的检测，但是由于探针较长，对活立木的损伤较大，操作繁琐，需要通过传播时间反演出含水率，需要自行标定，无参照标准。除此之外，设备笨重，需要连接电脑才能进行数据传输和处理，不适合野外实时测量。除此之外，设备内部电路复杂，电磁波传播时间短，技术难度高，主要依赖进口，因而设备十分昂贵。因此，需要开发一种能实时、精确和方便地测量活立木边材含水率的低成本仪器。
发明内容
基于上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种活立木边材含水率测量仪。该测量仪克服了现有含水率测量仪所存在的一些不足，设备精巧便携，检测过程简单化，方便于野外作业，该设备能够克服野外环境的劣势，满足野外实际测量的需要，而本发明所述测量仪探针的改动极大地减少了仪器对树木的破坏。本发明所述测量仪上的液晶显示屏能够实时显示测量数据，不受其他设备同步的制约，本发明所述测量仪能够较为准确地获取活立木边材含水率的数据。本发明所述适用的树种有白桦、红松、冷杉、水曲柳、椴树等。
本发明所提供的这种活立木边材含水率测量仪，主要包括检测探头(探针和外壳)、多谐振荡电路、按键模块、液晶显示屏、单片机、可充电锂电池、充放电模块、稳压模块等部分，如图1所示。
所述两根探针为紫铜材质的圆棒，外层包有一层绝缘软皮(热缩管)，探针具体尺寸为：长50mm，直径2mm，间距10mm。
所述外壳用来固定探针，并绝缘，采用ABS工程塑料开模制成。
所述探针和外壳共同构成了检测探头。
所述多谐振荡电路是555定时电路。
所述按键模块为1×4独立按键模块，5V/3.3V兼容。
所述液晶显示屏为2.4寸TFT LCD彩色液晶屏，并口驱动。
所述单片机为STM32F103VET6最小系统板。
所述电线为监测探头与电路、电路与单片机之间的电线。
所述可充电锂电池为3.7V18650单块锂电池。
所述充放电模块为2A 3.7V充放电一体模块，有锂电池保护功能。
所述稳压模块为LM2596S DC-DC直流可调降压稳压电源模块。
本发明所述的工作原理为：活立木边材含水率信号通过图3多谐振荡电路的电容C1作为输入端，经过电路的放大，电容因介质(水分)的变化影响电路电流的变化，不断变化的信号通过最小系统板传入单片机，经过数据采集通道将模拟信号捕捉。单片机内部写入含水率反演算法，算法来自实验室对于不同树种含水率的标定，通过大样本实验得出误差比较小的含水率算法。被捕捉到的模拟信号通过算法反演出真实含水率，通过液晶显示屏实时显示出活立木边材的含水率。
附图说明
图1为本发明所述活立木边材含水率测量仪。
图2为本发明所述探头。
图中1为探头，外部有一层热缩管，2为外壳，3为导线。
图3为本发明所述多谐振荡电路。
图4为本发明所述探头的使用方法。
图中4为所发明述探头，5为树孔。
具体实施方式
结合附图1和4对本实施方式进行说明。本发明所涉及的活立木边材含水率测量仪包括检测探头、检测电路、单片机最小系统和其他外围模块及电路。其中检测探头固定在检测电路上，探头由热缩管包裹。检测电路用Altium Designer绘制，由工厂加工，再与最小系统板相连。按键模块、液晶系显示屏等外围模块通过电路与最小系统板连接。锂电池、充放电模块和稳压模块依次连接，所有连接好的元器件用热熔胶进行固定。此时仪器连接完毕。待硬件连接完毕并检测无误后，用计算机将预先编写好的程序烧录到单片机中，烧录成功后，便可进行数据采集和处理，此时测量仪器的准备工作均已结束。
将树干表面枯树皮除去，垂直方向上钻两个小孔，上下间距为10mm，每个直径为3mm，孔深为40mm。钻好孔后，根据不同树种选择相应的工作模式，测量档位选择完毕后，仪器正常工作的电源指示灯点亮，将探头按图4方式完全插入到活立木边材的两个孔中，使得探针与树孔正好贴合。
检测探头和电路将含水率的模拟信号采集并输送至单片机，单片机通过自身的数模转换通道将模拟信号转换成可处理的数字信号，根据待测树种不同的档位对应不同的测定方程，单片机将数字信号代入档位对应的测定方程，运算处理后，将边材质量含水率、输出信号周期和测量模式通过液晶显示屏显示出来。供电模块负责给整个电路、单片机及其他组成模块供电，以保证测量仪在上述过程能正常工作
以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于所列具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种新型活立木边材含水率测量仪，其特征在于该活立木边材含水率测量仪包括外部结构和内部结构两部分，其中外部结构包括：检测探头、可充电锂电池、按键模块、液晶显示屏、稳压模块和充放电模块；内部结构包括：检测电路和单片机最小系统。
2.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述检测探头包括两个探针和外壳，探针用于接收活立木边材含水率电信号；将两根探针分别接导线引出，将整个检测探头作为一个无极性电容，连接到检测电路的C1处；整个检测探头固定于检测电路下方。
3.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述两个探针呈横向排布，探针外部被热缩管包裹，用于防水和电气绝缘；探针末端被放置在外壳中加固，所述探针具体尺寸为：长50mm，直径2mm，间距10mm。
4.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述外壳壳体采用ABS工程塑料开模制成，预留孔位采用整体开大孔方式来简化工艺。
5.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述可充电锂电池、稳压模块、充放电模块依次连接，输出电压为DC5V，输入电压为DC5-12V。
6.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述按键模块设置在液晶显示屏旁边，所述按键模块与单片机引脚连接，所述按键模块用于操作者选取所述活立木边材含水率检测仪模式。
7.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述液晶显示屏与单片机相连，用于记录所收到的单片机处理活立木边材含水率数据的结果以及检测电路的输出信号周期。
8.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述检测电路采用555定时电路的非稳态模式，芯片为NE555P。
9.根据权利要求1所述活立木边材含水率测量仪，其特征在于：所述单片机型号为STM32F103VET6，选取最小系统组成单片机外围电路。
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