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粮食亚博app官网测定仪的设计方案

时间:2012-06 -08  来源:宇达电子  

哈尔滨宇达电子技术有限公司有PM-8188New快速亚博app官网测定仪,三酷sanku的SK-300粮食亚博app官网检测仪。

传统的直接亚博app官网测量法周期长,难以满足现代生产对速度和连续化的要求,而非电量的电测方法是比直接法更高效的亚博app官网测量方法,当前应用十分广泛。粮食亚博app官网检测方法原理上可以有:电阻法、电容法、中子法、微波法、红外法、核磁共振法等。考虑物料对象特性,红外法主要用于表面亚博app官网测量,多见于纸张亚博app官网检测中;中子法和核磁共振法基于亚博app官网中氢原子效应,系统复杂,造价高,不能体现检测对象的专用性。微波法是利用水对微波能量的吸收或作用于粮食的微波参量随亚博app官网变化的原理进行亚博app官网测量,其测量值与物料成分有关,测量电路及信号处理较复杂,价格偏高。电阻方法因其快速、准确、成本低的特点一直是常用的亚博app官网测量方法,但由于电阻方法存在信号强度小、取样要求高、抗干扰性较差等缺陷,近年来出现了许多新的基于电阻测量原理的创新方法,如两量程直流电阻法,脉冲电阻法,复阻抗分离法,交流阻抗法等。本设计在上述研究的基础上,创新地提出基于脉宽测量的电阻比值法和测量信号的数据处理方法,能够快速准确地对亚博app官网进行测定。

1测试原理

粮食亚博app官网测定仪是具有区域特色的产品,它对不同地区的粮食作物具有不同的测量基准值,因此在测试之前,需要根据不同的粮食种类,在不同的状态下进行标定工作,建立起标准的测量数据关系,这些数据可以由生产厂家写入测定仪的E2PROM数据区中,也可以由用户根据标准现场标定。该系统利用ATmega128自身的4KB的E2PROM用来存储不同种类的粮食的亚博app官网的标定值、温度补偿系数和系统的密码等参数。在使用之前需要进行亚博app官网的标定工作,把同一样本分别在标准测定仪和本测定仪同时进行比对测量,确定亚博app官网和电阻的关系,然后再通过键盘把对应关系写入E2PROM中的相应单元中保存起来,形成标准的测量曲线或数据表格。同时考虑到温度的影响,加上温度补偿系数以进行修正。在实际测量时,把当前的测量值与这些标准值进行比较,就可以实现亚博app官网的测量。

2系统硬件设计

单片机芯片采用Atreel公司的高速嵌入式单片机AT-mega128,它采用先进的RISC精简指令集结构,具有128KB的在线可重复编程的FLASH、4KB的SRAM和4KB的E2PROM,同时具有8/16位定时器/计数器、PWM输出模块、UART、SPI等多种串行通信接口、可编程的看门狗定时器等功能模块、丰富的外部和内部中断源、多种工作模式。这些特性使ATmega128成为功能更强大的微控制器,更好地支持应用于脉宽调制、高速I/O、递增/递减计数能力等工业控制等场合。在程序中主要完成亚博app官网的采样和高速处理、LCD显示、键盘输人、驱动输出、与PC机进行通信等工作。该测定仪的测量的范围在5~30%之间,精度在±0.2%,亚博app官网用2个字节表示,因此共需要1KB保存在某一温度条件下的亚博app官网值,再加上温度补偿系数和密码的设定。4KB空间已经足够了。它的可编程的看门狗定时器模块能保证系统能够可靠稳定的工作。

LCD采用T6963C控制器的128×64点阵模块,它可同时显示测量品种水稻、玉米、大豆、小麦,然后通过键盘确定具体的测试对象,在每个测试子菜单下显示测量值、测量次数、平均值、标定值设定密码等选项,只有当操作者的输入密码与系统给定的密码相同时,才能进行标定值的设定,一般情况下,这些值是不能随意修改的。

温度传感器采用DALLAS公司的单总线器件DS18820,用于补偿环境温度对粮食内部亚博app官网的影响,环境温度直接以"一线总线"的数字方式传输,省去了温度传感器的放大处理等环节,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。同时它只占用单片机的一个端口,节约了系统的硬件资源,因此具有较高的性价比。

键盘电路由模式键、加键、减键、确认键、退出键、测试键、平均键、清除键、停止键、修正键等组成,用于实现测量品种的选择、参数的设定与修改、测试与数据处理等工作。

电机驱动电路由继电器驱动芯片ULN2003和 5VDC继电器组成,测试开始时,单片机发出控制信号,由电机带动取样器使样品压结实,保持压力恒定,以获取比较一致的电阻取样值,当一个样品测试完成后,使取样器复位,准备下次测量。

单片机通过RS232串行通信接口实现与PC机的通信,把测量数据上传至计算机中,以进行进一步的数据处理,同时也可进行远程操作,实现在线测量。信号调理电路采用555芯片构成的非重复触发的单稳触发电路,为提高响应速度,555芯片采用CMOS工艺的7555型号。

为消除电容由于长期工作所产生的变化误差,测量采用电阻比值法,即在测量时首先对标准的精密参考电阻和电容构成的电路进行测量,测出它的脉冲宽度:

Tp1=Rref*C*ln3(1)

再通过导通电阻为1Ω的电子开关MAX4624切换到测量输入电阻的状态,测出它的脉冲宽度:

Tp2=Rin*C*ln3(2)

式(1)和(2)相除就得到输入电阻和脉宽的关系:

Rin=Tp2*Rref/Tp1(3)

一般情况下测量电阻和参考电阻都是兆欧级的,因此,由电子开关引入的测量误差可以忽略。

电子开关和触发信号都由单片机控制。脉宽的测量由单片机的外中断和定时中断来完成,由于单片机的外部中断INT0和INT1均为负跳沿触发中断,因此在555的输出端加一级反相器,INT0中断采样输出信号的上跳沿,然后再经过一级反相器,INT1采样输出信号的下跳沿。两者采样的时间差就是脉冲宽度。时间差的计算可由单片机的定时中断来实现,在INT0的中断程序里开启定时中断,在INT1的中断程序里关闭定时中断。

3系统软件设计

软件部分包括主程序、人机界面和数据的测量与处理部分。主程序负责整个系统的协调与控制工作,通过调用不同的模块完成相应的工作。本测定仪以每个品种10次随机采样的算术平均值作为测量结果,有效地提高了测量的准确性和重复性。

人机界面包括LCD显示程序、键盘扫描程序等,LCD显示分为三个页面,个页面是测量品种选择页,可以通过加键、减键选择相应的品种,然后按确认键,进入到第二个页面进行测量,该页面中有当前测量值、测量次数、平均测量值、该品种标定值设定页的入口密码等参数。按相关的功能键,就可以完成测量、保存和退出等功能。当确实需要现场重新标定时,就可以输入标定密码,当输入的密码与系统内部的密码相同时,就可以进入到第三个页面,重新进行标定,在该页面中也可以重新设定系统密码。为了系统的安全性,也可以设定密码的输人次数,当输入的错误密码简单方便一定的次数时,对系统进行锁定,以防止恶意修改数据。数据的测量与处理完成亚博app官网采样中断处理、温度采样、测量数据线性化和温度漂移的补偿的数据处理等工作。亚博app官网测量程序采用两个外部中断0和1、一个定时器2来实现对脉宽的测量。

4结语

实际样机经过非线性补偿和误差修正,测量误差小于等于±0.5%,测量的亚博app官网范围为5%~30%(取决于谷物的标准),重复误差小于等于0.1%,使用的温度范围为0~40℃。达到国内外同类先进产品的技术指标。可适用于不同种类的粮食亚博app官网测量,具有比较广阔的市场前景。


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