一種水分採樣電路及具備該電路的電容式水分分析儀的製作方法
2023-10-22 22:51:12 2
本發明涉及水分檢測領域，特別涉及一種水分採樣電路及具備該電路的電容式水分分析儀。
背景技術：
穀物含水率是特定穀物中包含的水分與重量的比值，是影響穀物品質的一個重要因素。實際應用中，穀物含水率可以決定了穀物貯藏的安全性，也同樣穀物加工工藝與流通過程需要用到。例如在穀物的加工過程需要進行乾燥，乾燥是要達到減少穀物中水分含量的目的，通常是採用同熱風或者直接對穀物進行加熱，以降低穀物的含水率，但是乾燥到什麼程度可以停止，需要由獲得的穀物含水率進行決定。從而，在對穀物的加工過程中可以不影響穀物營養成分及品質。
現有技術中的水分分析直接通過電容傳感器獲得待檢測穀物的水分值，並未考慮到周圍環境對於水分值的影響，影響測量結果的準確性不高。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種水分採樣電路及具備該電路的電容式水分分析儀，以提高待檢測穀物的水分檢測的準確性。
為實現上述目的，本發明提供以下的技術方案：一種水分採樣電路，包括：壓力採集子模塊和頻率採集子模塊；所述壓力採集子模塊包括：壓力傳感器採集到的數據經過電阻r10和電阻r14發送至ad轉換器，所述ad轉換器的型號為hx711，所述ad轉換器的引腳1連接電壓vcc並通過電容c8、c9接地，並通過電感l1與引腳16相連，所述ad轉換器的引腳2通過電阻r11連接至三極體q4的基極，所述三極體q4的發射極與所述電容vcc相連，所述三極體q4的集電極與所述ad轉換器的引腳3相連，且所述引腳3與電壓vdd相連，且所述電壓vdd通過電阻r12所述ad轉換器的引腳4相連，所述引腳4通過電阻r15與所述ad轉換器的引腳5相連並接地，所述ad轉換器的引腳6通過電容c15接地，所述ad轉換器的引腳7和引腳8分別與所述壓力傳感器的數據分別與所述電阻r10和所述電阻r14相連，用於接收所述壓力傳感器採集到的數據，所述ad轉換器的引腳11和引腳12分別與所述主控模塊相連；頻率採集子模塊包括：電容傳感器採集到的數據經過電阻r1電容c1和電容c3組成的濾波器後傳輸至電感lh1的引腳1，所述電感lh1的引腳3、引腳4和引腳5相連接，且均與電壓vcc相連，所述電壓vcc經過電容c2接地；所述電感lh1的引腳5通過電阻r2與所述電感lh1的引腳2連接至三極體q1的集電極，所述三極體q1的集電極與發射極之間並聯電容c4，所述三極體q1的發射極通過並聯連接的電容c8和電阻r8接地，所述三極體q1的基極通過電阻r4與電壓vcc相連，且通過電阻r7與二極體d1的陽極相連，所述二極體d1的陰極接地；所述三極體的基極通過電容c6接地；所述三極體q1通過電容c5與三極體q2的基極相連，所述三極體q2的基極通過電阻r5與所述三極體q2的集電極相連並與電壓vcc相連，所述三極體q2通過電阻r9接地；所述三極體q2發射極通過電容c7與三極體q3的基極相連，且所述三極體q3的基極通過電阻r6與所述三極體q3的集電極相連，且所述三極體q3的集電極通過電阻r3與電容l1與電壓vcc相連，所述三極體q3的發射極接地，所述三極體q3的集電極與脈衝計數器相連，所述脈衝計數器的輸出端與所述主控模塊相連，所述脈衝計數器的型號為：74hc4024d。
本發明還公開了一種電容式水分分析儀，包括上述的水分採樣電路。
作為上述方案的進一步優化，一種電容式水分分析儀還包括：主控模塊和電源模塊，所述主控模塊用於通過預設設定的計算規則，根據所述待檢測穀物的所述重量和所述頻率，確定所述待檢測穀物的水分值，其中，所述主控模塊由型號為pic18f458的單片機組成；
所述電源模塊包括：輸入模塊u3為電源接口用於接收輸入電壓，經過電容c1濾波後輸入至電壓轉換晶片u1，所述電壓轉換晶片u1的型號為spx1117-5.0，所述電壓轉換晶片u1經過變壓輸出後經過電容c2濾波並通過二極體d1後輸出電壓vcc_1，所述輸出電壓vcc_1連接電容c3並將濾波後的電壓輸入至電壓轉換晶片u2，所述電壓轉換晶片u2輸出端與電容c4相連，輸出電壓vcc，且電容c4的另一端接地，所述電源模塊用於為所述主控模塊以及所述壓力採集子模塊、頻率採集子模塊提供工作電壓。
可選的，還包括顯示模塊，所述顯示模塊包括：lcd的型號為jlx12864g-332-2-bn，所述lcd的數據總線引腳1和引腳2連接vcc，引腳4至引腳7、引腳10至引腳13分別通過lcd_d7至lcd_d4、lcd_d3至lcd_d0和所述主控模塊的數據引腳相連，引腳8至引腳9通過控制信號lcd_on、lcd_cd，以及引腳14-引腳16通過控制信號lcd_rd、lcd_rw、lcd_rs與所述主控模塊相連。
作為上述方案的進一步優化，一種電容式水分分析儀，所述數據採集模塊還用包括於採集所述待檢測穀物所在環境的溫度值的溫度採集子模塊，所述溫度採集子模塊包括：溫度傳感器與電容c11相連，且所述電容c11的一端通過電阻r9連接到電壓vcc，另一端通過連接至所述主控模塊，且通過電阻r13、電容c13接地。
作為上述方案的進一步優化，一種電容式水分分析儀還包括報警模塊，
所述報警模塊，用於所述主控模塊根據所述水分值進行報警；所述報警模塊包括：語音控制晶片u7和揚聲器spk1，所述語音控制晶片u7的引腳2和引腳3與spk1相連，所述語音控制晶片u7的引腳1和與電容c14的一端相連，所述電容c14的另一端與所述語音控制晶片u7的引腳5相連；所述語音控制晶片u7的引腳6、引腳7和引腳8分別與所述主控模塊相連，其中，所述語音控制晶片u7的型號為：sc8035。
本發明還公開了一種電容式水分分析儀，包括上述的水分採樣電路。
(1)、本發明的一種電容式水分分析儀的水分採樣電路，通過待檢測穀物的重量和頻率獲得待檢測穀物的水分值相比較現有技術中只通過水分傳感器獲得待檢測穀物的水分值，能夠提高水分值的準確度；另外，本發明實施例還考慮待檢測穀物周圍的環境溫度，進一步獲得待檢測穀物的水分值，因此，能夠消除溫度對待檢測穀物與水分值的影響，達到了提高待檢測穀物水分值測量的準確性；
(2)、本發明的一種電容式水分分析儀，通過使用採集單元中的脈衝計數器能夠提高脈衝計數的準確性，並在計數之前通過濾波和放大處理消除環境造成對測量結果的影響；
(3)、本發明的一種電容式水分分析儀，能夠根據測量結果進行報警，能夠提醒用戶測量結果，以便用戶進行進一步處理，且不用用戶一直處於對設備的監控狀態，提高了用戶體驗。
附圖說明
圖1是本發明的採集模塊的電路圖；
圖2為溫度採集的電路圖
圖3是本發明的電壓轉換的電路圖；
圖4是本發明的顯示電路的電路圖；
圖5為主控模塊的電路圖；
圖6為報警模塊的電路圖；
圖7為按鍵模塊的電路圖。
具體實施方式
為使發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖中及實施例，對本發明技術方案進行進一步詳細說明。但是應該理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明技術方案，並不用於限制本發明技術方案的範圍。
一種水分採樣電路如圖1所示，具體包括：壓力採集子模塊和頻率採集子模塊；所述壓力採集子模塊包括：壓力傳感器採集到的數據經過電阻r10和電阻r14發送至ad轉換器，所述ad轉換器的型號為hx711，所述ad轉換器的引腳1連接電壓vcc並通過電容c8、c9接地，並通過電感l1與引腳16相連，所述ad轉換器的引腳2通過電阻r11連接至三極體q4的基極，所述三極體q4的發射極與所述電容vcc相連，所述三極體q4的集電極與所述ad轉換器的引腳3相連，且所述引腳3與電壓vdd相連，且所述電壓vdd通過電阻r12所述ad轉換器的引腳4相連，所述引腳4通過電阻r15與所述ad轉換器的引腳5相連並接地，所述ad轉換器的引腳6通過電容c15接地，所述ad轉換器的引腳7和引腳8分別與所述壓力傳感器的數據分別與所述電阻r10和所述電阻r14相連，用於接收所述壓力傳感器採集到的數據，所述ad轉換器的引腳11和引腳12分別與所述主控模塊相連；頻率採集子模塊包括：電容傳感器採集到的數據經過電阻r1電容c1和電容c3組成的濾波器後傳輸至電感lh1的引腳1，所述電感lh1的引腳3、引腳4和引腳5相連接，且均與電壓vcc相連，所述電壓vcc經過電容c2接地；所述電感lh1的引腳5通過電阻r2與所述電感lh1的引腳2連接至三極體q1的集電極，所述三極體q1的集電極與發射極之間並聯電容c4，所述三極體q1的發射極通過並聯連接的電容c8和電阻r8接地，所述三極體q1的基極通過電阻r4與電壓vcc相連，且通過電阻r7與二極體d1的陽極相連，所述二極體d1的陰極接地；所述三極體的基極通過電容c6接地；所述三極體q1通過電容c5與三極體q2的基極相連，所述三極體q2的基極通過電阻r5與所述三極體q2的集電極相連並與電壓vcc相連，所述三極體q2通過電阻r9接地；所述三極體q2發射極通過電容c7與三極體q3的基極相連，且所述三極體q3的基極通過電阻r6與所述三極體q3的集電極相連，且所述三極體q3的集電極通過電阻r3與電容l1與電壓vcc相連，所述三極體q3的發射極接地，所述三極體q3的集電極與脈衝計數器相連，所述脈衝計數器的輸出端與所述主控模塊相連，所述脈衝計數器的型號為：74hc4024d。
本發明的一種電容式水分分析儀，包括上述的水分採樣電路，還包括主控模塊的情況下，所述主控模塊用於通過預設設定的計算規則，根據所述待檢測穀物的所述重量和所述頻率，確定所述待檢測穀物的水分值，其中，所述主控模塊由型號為pic18f458的單片機組成；
本發明實施例中還可以包括用於為數據採集模塊、主控模塊、顯示模塊供電的單元模塊，具體的電源模塊電路可以為如圖2所示的電壓轉換電路，u3為電源connector用於接收輸入電壓，經過電容c1濾波後輸入至電壓轉換晶片u1，具體的電壓轉換晶片的型號為spx1117-5.0，u1經過變壓輸出後經過電容c2濾波並通過二極體d1後輸出電壓vcc_1，然後連接電容c3並將濾波後的電壓輸入至電壓轉換晶片u2，u2輸出端與電容c4相連，輸出電壓vcc，且電容c4的另一端接地。
如圖3所示為顯示模塊電路圖，具體可以包括：lcd的型號為jlx12864g-332-2-bn，所述lcd的數據總線引腳1和引腳2連接vcc，引腳4至引腳7、引腳10至引腳13分別通過lcd_d7至lcd_d4、lcd_d3至lcd_d0和所述主控模塊的數據引腳相連，引腳8至引腳9通過控制信號lcd_on、lcd_cd，以及引腳14-引腳16通過控制信號lcd_rd、lcd_rw、lcd_rs與所述主控模塊相連，圖4為主控模塊的電路圖，可以連接如圖1至圖3的電路。
需要說明的是，可以理解的是，數據採集模塊可以採集到穀物的總量，具體的，可以通過壓力傳感器獲得待檢測穀物的重量。傳感傳感器通過待檢測穀物對傳感器造成的壓力，進而獲得所有待檢測穀物的重量。另外，待檢測穀物的頻率可以通過電容式傳感器獲得。具體的，電容式傳感器是將被測物非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。它具有解析度高、可進行非接觸測量，並能在高溫、低溫和強輻射等環境中工作的優點。隨著集成電路電子技術和計算機技術的發展，電容式傳感器將成為一種前景廣闊的傳感器。
所述數據採集模塊用於將採集到的數據發送至主控模塊，以便主控模塊進行數據處理。
在獲得重量和頻率以後，將其發送到主控模塊，主控模塊可以根據預先存儲的計算規則，通過頻率和重量的數值獲得水分值。
具體的，計算規則可以為:
m＝a1+a2xc+a3xcxt+a4xc2
式中，m為穀物水分值；xc為穀物頻率；a0，a1，a2，a3，a4分別為根據估值設定的係數。
進一步的，所述數據採集模塊還用包括於採集所述待檢測穀物所在環境的溫度值的溫度採集子模塊，所述溫度採集子模塊，如圖5所示，包括：溫度傳感器與電容c11相連，且所述電容c11的一端通過電阻r9連接到電壓vcc，另一端通過連接至所述主控模塊，且通過電阻r13、電容c13接地。所述主控模塊，用於通過預設設定的計算規則，根據所述待檢測穀物的所述重量、所述頻率和所述溫度值，確定所述待檢測穀物的水分值。
具體的，計算規則可以為：
m＝a0xt+a1+a2xc+a3xcxt+a4xc2
其中，a0為根據溫度值設定的溫度係數，xt為溫度值。
應用本發明圖5所示的實施例，能夠進一步消除溫度對待檢測穀物的測量水分值的影響，能夠進一步提高水分分析儀測量檢測穀物所獲得水分值的準確率。
本發明實施例中，具體的計算公式僅僅是本發明的一個實施例，不構成對本發明的具體限定。
進一步的，還包括：報警模塊，
參見圖6，所述報警模塊，用於所述主控模塊根據所述水分值進行報警；所述報警模塊包括：語音控制晶片u7和揚聲器spk1，所述語音控制晶片u7的引腳2和引腳3與spk1相連，所述語音控制晶片u7的引腳1和與電容c14的一端相連，所述電容c14的另一端與所述語音控制晶片u7的引腳5相連；所述語音控制晶片u7的引腳6、引腳7和引腳8分別與所述主控模塊相連，其中，所述語音控制晶片u7的型號為：sc8035。
應用本發明圖6所示的實施例，可以接收主控模塊發送的信號，用於進行語音播報達到報警的目的，不需要用戶進行監控，通過語音報警就能夠達到提醒用戶的目的。能夠根據測量結果進行報警，能夠提醒用戶測量結果，以便用戶進行進一步處理，且不用用戶一直處於對設備的監控狀態，提高了用戶體驗。
進一步的，本發明還可以包括如圖7所示的按鍵模塊，所述按鍵模塊包括：按鍵信號輸出模塊u5，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳1至引腳7分別為：key_ok、key_up、key_down、key_choose、接地、keyon/off_down、keyon/off，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳1至引腳4分別與按鍵s2、s3、s4、s5相連，所述按鍵信號輸出模塊u5的引腳7與按鍵s1的一端相連，且連接於三極體q5的基極，所述三極體q5的集電極和發射極分別接地；所述三極體q5的基極與光電耦合器u6的引腳3相連，所述光電耦合器u6的引腳4通過電阻連接到工作電壓；所述光電耦合器u6的引腳1和引腳2與所述主控模塊相連。
本發明實施例中，通過光電耦合器能夠消除噪音對信號的影響，進一步提高水分分析儀的性能。
具體的，可以通過按鍵設置溫度閾值，或者水分檢測的目標值(當達到該目標值時停止檢測，或者採用報警模塊進行報警)，能夠進一步提高用戶體驗。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。