糧食水分檢測技術探討

□ 高 莉 遼寧岫巖國家糧食質量監測站

糧食的水分在線檢測是制約糧食干燥系統的核心技術。通常對于糧食中水分的檢測有兩種：直接以及間接的檢測方法。直接方法就是去除糧食中水分含量，通過對比之前與之后的差來反映出糧食中的水分，但有測量時間長的缺點[1]。間接測量的方法就是通過由水分引起變化的物理量的測量來確定糧食中的水分，優點是用時短，操作簡單，能夠在現場以及線上進行測量。間接的測量方式有電阻式、電容式以及中子源法等。

圖1 鍵盤接口電路

1 硬件資源配置

1.1 單片機系統

硬件電路是由五個模塊組成，分別為鍵盤模塊、單片機控制模塊、AD轉換模塊、報警電路以及MAX7219顯示模塊。這些模塊主要實現測量、計算、顯示、堵糧判斷以及報警的功能。工作原理是通過電容傳感器來測量糧食中的水分，再通過AD轉換模塊，將結果送到單片機控制模塊[2]。測量人員可以通過單片機控制模塊對數據進行存儲與顯示，可以反復進行多次測量，通常都是5次的有效測量，將這五次的數據進行平均值處理，得出最后的結果。同時，還可以通過三次有效的測量數據的平均值進行比較判斷，然后可以分析出是否堵糧，如果出現堵糧的情況，則會進行警報告示。

1.2 傳感器部分設計

圓桶型電容式傳感器就是通過被測量的水分的非物理量轉化為電容量變化的一種傳感器。它是由兩個同心圓桶構成，內桶為內電極，外桶為外電極，兩者之間為介質空腹。其工作原理就是將要測量水分的糧食放在傳感器內外極電板之間的介質空腹中。糧食中的水分可以使傳感器的相對介質發生變化，導致電容值發生變化，從而可以檢測出糧食中存在的水分。

1.3 溫度檢測電路的設計

AD轉換模塊能夠完成對溫度的檢測，在單片機系統中能夠通過大量的實驗計算出對糧食含水率的補償。

1.4 語音報警電路設計

語音報警電路的工作原理就是首先設置一個數值，是通過控制某一個路徑控制聲光報警。如果輸出的電量低于此數值水平，晶閘管會阻斷電流的通過，可以發現發光二極管以及揚聲器都沒有通電流。如果輸出的電量高于此數值水平，晶閘管會打開允許電流通過，此時的發光二極管以及揚聲器中都會出現電流，則發光二極管會發光，揚聲器會發出警報的聲音，能夠使工作人員及時發現問題并解決。

1.5 鍵盤及功能介紹

圖1是鍵盤接口電路，可以清晰地看出鍵盤的工作原理，每一個按鍵都是獨立進行工作的，彼此之間互不干涉。因此工作流程是比較簡單的，其中電阻是上拉電阻，沒有按下按鍵時，CPU接入“1” 電平，按下按鍵時CPU就會發生變化。S1鍵是開始鍵，將糧食儲存好之后，接通電源，此時會出現一個數據；如果測量的結果有效，則進行S2鍵的操作，繼續進行測量，然后將數據進行存儲，直到完成幾次有效的數據之后，然后計算平均值；如果上一次測量的數據無效，則要按下S3鍵，說明此次結果無效，棄之。最后完成一系列的測量之后，就按下S4鍵，結束程序的使用。

2 系統軟件設計

整個系統的設計主要包括顯示程序、警報程序、測量程序、讀入程序、初始化程序以及平均值計算程序等。主要流程就是AD轉換模塊測量糧食中的水分以及溫度，然后將數據通過單片機控制模塊進行處理，通過顯示器進行顯示，控制 MAX7219 實現顯示功能，完成堵糧判定，并通過控制高低電平的輸出，實現報警控制，讀鍵盤完成人機交流，并且實現平均值計算。

3 結論與討論

通過電容傳感器測量糧食中的水分，可以有效地提高工作效率，節省人工成本。這對于提高糧食水分的檢測自動化具有重要的作用。雖然目前利用電容傳感器測量糧食水分還有許多的缺憾，但也是取得了一定的效果，在今后我們要繼續不斷創新，才能不斷提高測量糧食水分的精度。