CN115165981A - 一种流动式谷物湿度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流动式谷物湿度检测装置，涉及谷物湿度检测领域。该流动式谷物湿度检测装置包括：电容片、第一信号处理模块、控制器、第二信号处理模块和温度传感器；电容片用于采集包含谷物湿度的信号，第一信号处理模块用于对包含谷物湿度的信号进行处理，并发送给控制器；温度传感器用于采集谷物温度信号，第二信号处理模块用于对谷物温度信号进行处理，并发送给控制器；控制器用于根据处理后的包含谷物湿度的信号和处理后的谷物温度信息，计算出谷物湿度含量。通过本方案实现了收获季谷物的实时性湿度检测，避免了因谷物堆积导致内部温度升高、湿度含量增高的情况的出现，使用方便、测量结果准确、重复性较好，有效提高了测粮工作的效率。

Description

一种流动式谷物湿度检测装置

技术领域

本发明涉及谷物湿度检测领域，尤其涉及一种流动式谷物湿度检测装置。

背景技术

中国是农业大国，研究人员在谷物湿度领域进行了大量研究。传统的谷物湿度测量方法一种是将一定重量的谷物放入恒温箱加热烘干，再经计算测出被测谷物的含水量，该方法检测精度高但测试时间较长，适用于实验室检测。另一种是采用固定式测量，虽提高了测试速度但对含水量较高的谷物，由于忽视了谷物间隙中空气湿度的因素，导致测试数据不准确。电阻式湿度测量方法或构造较为简单，测量精度无法满足需求，或其虽精度较高，但因操作过程复杂，需耗费成本较大，无法大规模使用，适用范围较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种流动式谷物湿度检测装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种流动式谷物湿度检测装置，包括：电容片、第一信号处理模块、控制器、第二信号处理模块和温度传感器；

所述电容片用于采集包含谷物湿度的信号，并发送给所述第一信号处理模块；

所述第一信号处理模块用于对所述包含谷物湿度的信号进行处理，并发送给所述控制器；

所述温度传感器用于采集谷物温度信号，并发送给所述第二信号处理模块；

所述第二信号处理模块用于对所述谷物温度信号进行处理，并发送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述处理后的包含谷物湿度的信号和处理后的谷物温度信息，计算出谷物湿度含量。

本发明的有益效果是：本方案通过包括电容片、第一信号处理模块、控制器、第二信号处理模块和温度传感器，实现了对收获季流动型谷物的测定，其应用于粮仓输送器部分，实现了收获季谷物的实时性湿度检测，避免了因谷物堆积导致内部温度升高、湿度含量增高的情况的出现，排除了堆积谷物内部空气湿度的客观影响，使用方便、测量结果准确、重复性较好，有效提高了测粮工作的效率。通过本方案可有效避免因谷物体积、质量不同，自身生命活动不同所产生的影响。

通过本方案可根据需求进行谷物湿度测量，对于可接受范围的谷物湿度不进行检测，并在谷物湿度过高时进行报警，排除了谷物质量受水分的影响，得出其绝对质量值。

进一步，所述第一信号处理模块包括：多通道模拟多路复用器模块、电容片信号放大模块和信号滤波模块；

所述电容片与所述多通道模拟多路复用器模块、所述电容片信号放大模块、所述信号滤波模块和所述控制器依次连接。

进一步，所述第二信号处理模块具体包括：所述温度信号放大模块和所述信号滤波模块；

所述温度传感器与所述温度信号放大模块、所述信号滤波模块和所述控制器依次连接。

进一步，还包括：电源滤波转换模块，所述电源滤波转换模块的输出分别与各个模块的电源接口连接；

所述电源滤波转换模块用于将外部输入的电源转换成所述装置的供电电源。

进一步地，所述多通道模拟多路复用器模块包括：CD4053多通道模拟多路复用器。

进一步地，还包括：频率为32.768KHz的晶振，所述晶振与所述CD4053多通道模拟多路复用器连接。

进一步地，所述电容片信号放大模块还用于，当由电容片采集的输入信号小于设定值，则不进行信号放大，且不进行下一步处理；

当由电容片采集的输入信号大于设定值，则对所述输入信号进行放大处理。

进一步地，所述多通道模拟多路复用器模块具体用于，接收所述电容片发出信号，并与多通道模拟多路复用器模块中的可变电容器的在后处理电路做电荷差，产生对比信号，对所述对比信号的幅值进行调节处理。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的一种流动式谷物湿度检测装置的结构示意图；

图2为本发明的其他实施例提供的湿度电路板原理图；

图3为本发明的其他实施例提供的湿度传感器的结构示意图；

图4为本发明的其他实施例提供的湿度电路板的结构示意图；

图5为本发明的其他实施例提供的电容片等效电容示意图；

图6为本发明的其他实施例提供的电源电压转换电路示意图；

图7为本发明的其他实施例提供的模拟多路复用器工作电路原理图；

图8为本发明的其他实施例提供的信号放大电路原理图。

附图标记含义：1、外壳；2、传感器线缆；3、感应铜头；4、保护金属板；5、防水接头；6、电容片；7、湿度电路板；8、温度传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种流动式谷物湿度检测装置，包括：包括：电容片、第一信号处理模块110、控制器111、第二信号处理模块113和温度传感器LM335A112；其中，电容片6通过导线与电路板相连接，自身形成一大电容C；当壳体外部有粮食流过时，外部粮食可等效为一极板，此极板与传感器壳体与靠近壳体一侧电容片6可等效为多个电容C1,C2,C3等，且此电容两极板为外部粮食等效极板与靠近壳体一侧电容片6，其中间介质为壳体，外部粮食厚度会对多个等效电容容值产生影响，即将外部粮食等效为电容极板，与电容片电容，形成等效电容与电容片电容串、并联结构，根据分压原理，则电容片电容会按比例分配电压；电容片电容电压产生变化，则输出电压变化可推导出湿度变化。且不同粮食(小麦、玉米)介质不同，也同样会对等效电容产生影响。

所述电容片用于采集包含谷物湿度的信号，并发送给所述第一信号处理模块110；

所述第一信号处理模块110用于对所述包含谷物湿度的信号进行处理，并发送给所述控制器111；

所述温度传感器112用于采集谷物温度信号，并发送给所述第二信号处理模块113；

所述第二信号处理模块113用于对所述谷物温度信号进行处理，并发送给所述控制器111；

所述控制器111用于根据所述处理后的包含谷物湿度的信号和处理后的谷物温度信息，计算出谷物湿度含量。

本方案通过包括电容片、第一信号处理模块110、控制器111、第二信号处理模块113和温度传感器LM335A 112，实现了对收获季流动型谷物的测定，其应用于粮仓输送器部分，实现了收获季谷物的实时性湿度检测，避免了因谷物堆积导致内部温度升高、湿度含量增高的情况的出现，排除了堆积谷物内部空气湿度的客观影响，使用方便、测量结果准确、重复性较好，有效提高了测粮工作的效率。通过本方案可有效避免因谷物体积、质量不同，自身生命活动不同所产生的影响。

可选地，在某一实施例中，所述第一信号处理模块110包括：多通道模拟多路复用器模块CD4053D、电容片信号放大模块和信号滤波模块；其中，多通道模拟多路复用器模块包括：CD4053多通道模拟多路复用器。其中，电容片信号放大模块的结构如图8所示；

所述电容片与所述多通道模拟多路复用器模块、所述电容片信号放大模块、所述信号滤波模块和所述控制器111依次连接。

可选地，在某一实施例中，所述第二信号处理模块113具体包括：所述温度信号放大模块和所述信号滤波模块；

所述温度传感器112与所述温度信号放大模块、所述信号滤波模块和所述控制器111依次连接。

可选地，在某一实施例中，还包括：电源滤波转换模块，所述电源滤波转换模块的输出分别与各个模块的电源接口连接；

所述电源滤波转换模块用于将外部输入的电源转换成所述装置的供电电源。电源滤波转换模块如图6所示。

在某一实施例中，一种流动式谷物湿度传感器，如图3所示，属于电容式湿度测量仪器，主要用于流动型颗粒状谷物湿度的测量；湿度传感器，如图4所示，由检测电路板与外壳及电容片6组成，电容片6自身为一电容，电容片6一侧与壳体外部粮食形成另一电容，其中间介质可等效为传感器壳体，如图5所示。壳体一端设有感应铜头，另一端与防水接头相连接，在壳体内部置有湿度电路板与电容片6，所述检测电路板由外部供电，通过线缆与外部进行信息交换；通过特殊外壳结构设计，使其能够安装于输送管内部，经受谷物打击而不损坏，同时根据电容法实现收获季实时性谷物湿度测量，排除谷物质量受水分含量的影响；湿度电路板，如图2所示，以CD4053多通道模拟多路复用器为核心，通过有源晶振产生脉冲控制多通道模拟多路复用器开关频率使其一直检测，产生三路脉冲，分别接入电容片6与可变电容器，在后处理电路做电荷差，产生对比信号，进行信号幅值调节处理。信号采集通道由电压转换电路，信号滤波、放大电路，报警电路，电容片6结构，温度传感器112构成；通过对外壳的结构设计，使其能够进行流动式谷物的测量，这种谷物湿度传感器，有适用温度宽、使用范围广、功耗低的显著特点。

所述传感器晶体振荡器的频率为32.768KHz，外接电容片6感应外界变化产生信号，并具有报警模块，安装于谷物输送管顶部，测量流动谷物湿度，湿度电路板信号由正负极、温度信号、湿度信号接出四根线缆，由防水接头接出外壳输出至数据终端。

报警模块，当谷物湿度过高时发出报警，报警模块置于电路板内，鉴别前端湿度信号是否大于设定阈值，当大于阈值时会发出报警。

电源电压转换电路，如图6所示，包括：稳压器LM7805的U1一脚分别与电容CP1一端、二极管1N5819D2一端、12V电源相连接。稳压器LM7805U1二脚与地相连接。稳压器LM7805U1三脚与电容C1一端相连接。稳定电源电压，为后部电路提供恒定所需电压。

模拟多路复用器电路，如图7所示，包括：模拟多路复用器U3，其型号为CD4053D，其一脚、三脚、十三脚、与外部运算放大器AD8604相连，十六脚与电源及C22相连，十四脚、十五脚与外部电容片6相连，四脚通过C18与可变电容器Cap VarC30相连，九脚、十脚、十一脚与外部晶振(32.768kHZ)相连。CD4053多通道模拟多路复用器为湿度传感器核心元件，有源晶振(32.768kHZ)产生的脉冲控制多通道模拟多路复用器三个开关频率使其一直检测，产生三路脉冲；其中两开关与外接电容片6相连，接收外接湿度变化信号，另一开关与可变电容器Cap VarC30相连，接收可变电容器输出的固定电压信号；晶振(32.768kHZ)控制CD4053多通道模拟多路复用器开关不断开断，将电压信号输出至信号放大电路。

湿度信号放大电路，如图8所示，包括：放大器AD8604九脚与模拟多路复用器电路CD4053D U3十三脚、C17一端、R13一端连接，放大器AD8604十脚与U3一脚、VR连接，放大器二脚分别与U3三脚、C12一端、R11一端连接，放大器三脚与电源VR连接。湿度信号放大电路可预设各类阈值，进而筛选不同湿度含量信号，举例来说，通过设定特定值，当前端输入信号小于设定值时，将其忽略，不进行湿度检测，当前端输入信号大于设定值时，则可进行信号放大，保证输出平滑变化的电压信号。

温度信号放大电路，由温度传感器8LM335A发出温度信号，输出至放大器LM321进行信号放大。

电容片6结构包括：电容片6通过导线与电路板相连接，自身形成一大电容C；当壳体外部有粮食流过时，外部粮食可等效为一极板，此极板与传感器壳体与靠近壳体一侧电容片6可等效为多个电容C1,C2,C3等，且此电容两极板为外部粮食等效极板与靠近壳体一侧电容片6，其中间介质为壳体，外部粮食厚度会对多个等效电容容值产生影响。由此，等效电容与电容片电容可形成：等效电容C1并C2并C3并C4等，串联电容片电容C，当接入电压时，电压为等效电容电压加电容片电压之和，随着外部粮食变化，等效电容会产生变化，等效电容电压产生变化，电容片电容电压产生变化，则输出电压变化将外部粮食等效为电容极板，与电容片电容，形成等效电容与电容片电容串、并联结构，根据分压原理，则电容片电容会按比例分配电压)，可推导出湿度变化。且不同粮食(小麦、玉米)介质不同，也同样会对等效电容产生影响。

本方案通过电容片与外部谷物形成对电容并联、串联结构，所测量为电容片两端信号，电容片6通过导线将信号传输至湿度电路板进行滤波、放大等处理，并通过谷物处理模块设定谷物湿度含量阈值，这样便能够更直观观测谷物含水量情况。所述湿度传感器开始输出0V电压信号，当外界湿度变化时，电容片6做出反应产生信号，最终通过模拟多路复用器电路、参数控制输出模块末端输出平滑变化的电压信号，并通过谷物温度传感器及温度处理模块进行计算(虽然直接通过电容片采集信号经处理就可获得湿度，但谷物在早、中、晚其湿度含量不同，在不同温度下其湿度也会产生变化，需结合湿度与温度信息计算得出谷物的相对含水量)，从而实现对收获季流动性谷物湿度含量的测量。

本方案通过包括电容片6、多通道模拟多路复用器模块、电容片信号放大模块、信号滤波模块、控制器111、温度传感器112、温度信号放大模块和电源滤波转换模块的湿度检测装置，实现了对收获季流动型谷物的测定，其应用于粮仓输送器部分，实现了收获季谷物的实时性湿度检测，避免了因谷物堆积导致内部温度升高、湿度含量增高的情况的出现，排除了堆积谷物内部空气湿度的客观影响，使用方便、测量结果准确、重复性较好，有效提高了测粮工作的效率。通过本方案可有效避免因谷物体积、质量不同，自身生命活动不同所产生的影响。

通过本方案可根据需求进行谷物湿度测量，对于可接受范围的谷物湿度不进行检测，并在谷物湿度过高时进行报警，排除了谷物质量受水分的影响，得出其绝对质量值。

优选地，在上述任意实施例中，所述多通道模拟多路复用器模块包括：CD4053多通道模拟多路复用器。

优选地，在上述任意实施例中，还包括：频率为32.768KHz的晶振，所述晶振与所述CD4053多通道模拟多路复用器连接。

优选地，在上述任意实施例中，所述电容片信号放大模块还用于，当由电容片6采集的输入信号小于设定值，则不进行信号放大，且不进行下一步处理；

当由电容片6采集的输入信号大于设定值，则对所述输入信号进行放大处理。

在某一实施例中，电容片6感知外界湿度环境变化，并通过谷物处理模块确定湿度是否超过设定阈值，通过设定特定值，当前端输入信号小于设定值时，将其忽略，当前端输入信号大于设定值时，则可进行信号放大，末端信号由零伏电压逐渐平滑升高，这样便能够实现谷物干湿度的多样化处理，从而实现对收获季流动性谷物湿度含量的测量。

优选地，在上述任意实施例中，所述多通道模拟多路复用器模块具体用于，接收所述电容片6发出信号，并与多通道模拟多路复用器模块中的可变电容器的在后处理电路做电荷差，产生对比信号，对所述对比信号的幅值进行调节处理。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，包括：电容片、第一信号处理模块、控制器、第二信号处理模块和温度传感器；

所述电容片用于采集包含谷物湿度的信号，并发送给所述第一信号处理模块；

所述第一信号处理模块用于对所述包含谷物湿度的信号进行处理，并发送给所述控制器；

所述温度传感器用于采集谷物温度信号，并发送给所述第二信号处理模块；

所述第二信号处理模块用于对所述谷物温度信号进行处理，并发送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述处理后的包含谷物湿度的信号和处理后的谷物温度信息，计算出谷物湿度含量。

2.根据权利要求1所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，所述第一信号处理模块包括：多通道模拟多路复用器模块、电容片信号放大模块和信号滤波模块；

所述电容片与所述多通道模拟多路复用器模块、所述电容片信号放大模块、所述信号滤波模块和所述控制器依次连接。

3.根据权利要求1所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，所述第二信号处理模块具体包括：所述温度信号放大模块和所述信号滤波模块；

所述温度传感器与所述温度信号放大模块、所述信号滤波模块和所述控制器依次连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，还包括：电源滤波转换模块，所述电源滤波转换模块的输出分别与各个模块的电源接口连接；

所述电源滤波转换模块用于将外部输入的电源转换成所述装置的供电电源。

5.根据权利要求1所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，所述多通道模拟多路复用器模块包括：CD4053多通道模拟多路复用器。

6.根据权利要求5所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，还包括：频率为32.768KHz的晶振，所述晶振与所述CD4053多通道模拟多路复用器连接。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，所述电容片信号放大模块还用于当由电容片采集的输入信号小于设定值，则不进行信号放大，且不进行下一步处理；

当由电容片采集的输入信号大于设定值，则对所述输入信号进行放大处理。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种流动式谷物湿度检测装置，其特征在于，所述多通道模拟多路复用器模块具体用于，接收所述电容片发出信号，并与多通道模拟多路复用器模块中的可变电容器的在后处理电路做电荷差，产生对比信号，对所述对比信号的幅值进行调节处理。

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