基于扦粮器的粮食水分检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粮食水分检测技术领域，尤其涉及一种基于扦粮器的粮食水分检测装 置。
【背景技术】
[0002] 收购粮食时，需要对粮食水分含量进行检测。粮食含水量过高浪费运力和仓容，促 使粮食生命活动旺盛，容易引起粮食发热、霉变、生虫和发生其他变化，在我国由于水分检 测技术的不完善，我国是粮食大国，每年有数百亿斤的粮食因水分含量过高在运输和储藏 过程中霉烂变质，造成了巨大损失。粮食水分是一项重要的质量指标，在粮食的运输、储存、 加工时需要对粮食水分含量进行检测。因此，粮食水分检测具有十分重要的意义。
[0003] 传统的粮食水分检测是通过直接去除粮食中的水分，检测出样品的绝对含水量。 其中干燥法主要是电烘箱、红外、微波加热去除水分;化学法主要是蒸馏法、卡尔?费休法 和碳化钙法等。这些方法的检测精度高，适用于实验室检测，但需要时间较长，不能在现场 直接应用。目前在国内粮食收购时，仍然存在手摸牙咬，凭经验来判断粮食的水分，测定结 果极不可靠。因此，近年来人们越来越重视研究粮食水分的快速检测。
[0004] 扦粮器是一种用于对袋装粮食取样的常用工具，采用半封闭的锥形钢制结构。目 前扦粮器的作用是将袋装粮食取出来供检验员勘验粮食的质量，并不具备粮食水分检测功 能，检验员在收粮时，一方面要用扦粮器取粮食观察粮食的颗粒度、完整度等外观指标，还 要手摸牙咬，评经验估计粮食水分。本发明就是在扦粮器上附加电容使水分检测装置，使扦 粮器再粮食取样过程中同时具备水分检测功能。
【发明内容】
[0005] 本发明就是针对上述问题，提供一种可提高收粮工作效率的基于扦粮器的粮食水 分检测装置。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:本发明包括扦粮器，扦粮器包括后端 手柄和前部插入体;插入体前端为锥形尖头，其后为圆型槽的半封闭空间;插入体的半封闭 空间的内壁设置有沿插入体长度方向的形状为条形的电容传感器;电容传感器的输出端口 与扦粮器外侧的电容检测电路的输入端口相连，电容检测电路的输出端口与A/D转换电路 的输入端口相连，A/D转换电路的输出端口与单片机的信号输入端口相连，单片机的显示信 号输出端口与LED显不部分的显不信号输入端口相连，单片机的按键信号输入端口与按键 相连;所述电容检测电路的电源输入端口、A/D转换电路的电源输入端口、单片机的电源输 入端口、LED显示部分的电源输入端口分别与电源电路的电源输出端口相连。
[0007] 作为一种优选方案，本发明所述电容传感器采用柔性电路板，柔性电路板上设置 有依次相邻排列设置的三片铜极板，相邻铜极板的对应边均为对应的梳状。
[0008] 作为另一种优选方案，本发明所述电容传感器的输出端口采用四指金手指接头； 金手指接头的金手指间距为〇. 5_，补强厚度0.3mm;每一个铜极板与对应的金手指相连;除 极板及与极板相连的导线以外的柔性电路板上全部覆铜并接地线，地线连接到对应的一个 金手指。
[0009]作为另一种优选方案，本发明所述三片铜极板的整体形状为长方形，长方形的长 度为100mm，宽度为21mm，相邻铜极板对应边间隙均为0.2mm，三片铜极板分别通过导线与金 手指接头相连。
[0010] 作为另一种优选方案，本发明所述电容检测电路包括max4066芯片U31、0P07CP芯 片U32和0P07CP芯片U33，U31的1、9、3、11引脚与所述金手指接头的四金手指对应相连，U31 的8引脚分别与U32的2引脚、电容C321-端、电阻R321-端相连，R321另一端分别与C321另 一端、U32的6引脚、电阻R331-端相连，R331另一端分别与U33的2引脚、电阻R332-端相连， R332另一端分别与U33的6引脚、A/D转换电路的输入端口相连;所述U31的逻辑控制输入端 口与分频取反电路的输出端口相连，分频取反电路的输入端口与所述单片机的ALE端相连， 单片机采用12M晶振，所述单片机采用89C51芯片U41。
[0011] 作为另一种优选方案，本发明所述分频取反电路采用⑶4017芯片U11和⑶4069芯 片U12，U11的12引脚与U12的1引脚相连。
[0012] 作为另一种优选方案，本发明所述电源电路采用ICL7662芯片U22和7805芯片U21， U22的2、4引脚分别与10yF电容C221两端相连，U22的8引脚与9V电池正极端相连，U22的5引 脚通过10yF电容C222接地;U21的3引脚与9V电池正极端相连。
[0013] 作为另一种优选方案，本发明所述LED显示部分采用74HC573芯片U43、U44，U41的 39~32引脚分别与U43的2~9引脚、U44的2~9引脚对应连接。
[00M]其次，本发明所述A/D转换电路采用TLC549芯片U42，U42的2引脚与所述U33的6弓| 脚相连，U42的7引脚与所述U41的1引脚相连，U42的6引脚与所述U41的2引脚相连，U42的59 弓丨脚与所述U41的8引脚相连。
[0015] 另外，本发明所述三片铜极板中的一片铜极板上施加电压为U的充电电压，扦粮器 内部半封闭空间内铜极板间的电容为。
[0016] 其中，为扦粮器内部粮食的介电常数，E为充电电压在内部空间形成的电场强度;Q 表示极板电荷量，表示面积元素;扦粮器内部铜极板间的电容与粮食介电常数呈正相关性， 介电常数由粮食水分含量确定，极板间的电容值与粮食的水分含量是正相关的。
[0017 ]利用直流充放电法检测电容值的输出电压V等于。 V = j-Cx-Vc-R
[0018] 其中f为激励信号频率，Cx为被测电容，Vc为充电电压，R为充放电回路的等效电阻； 所述激励信号频率是U41通过U11、U31激励产生。通过检测电容检测电路的电压值达到检测 粮食水分含量的目的。
[0019] 本发明有益效果。
[0020] 本发明提供一种基于扦粮器的粮食水分快速检测装置，使粮食检验员在收粮的时 候，利用扦粮器在取粮样的同时可以快速而准确地估计粮食的水分含量，简化工作步骤，提 高工作效率。
【附图说明】
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限 于以下内容的表述。
[0022] 图1是本发明电路原理框图。
[0023] 图2是本发明单片机部分电路原理图。
[0024]图3是本发明LED显示部分电路原理图。
[0025]图4是本发明A/D转换电路原理图。
[0026]图5是本发明电容检测电路原理图。
[0027]图6是本发明充/放电电容电压转换电路原理图。
[0028]图7是本发明脉冲信号波形图。
[0029]图8是本发明电容传感器结构示意图。
[0030] 图9是本发明电源电路原理图。
[0031] 图10是本发明的脉冲信号分频及脉冲信号取反电路原理图。
【具体实施方式】
[0032]如图所示，本发明包括扦粮器，扦粮器包括后端手柄和前部插入体;插入体前端为 锥形尖头，其后为圆型槽的半封闭空间；插入体的半封闭空间的内壁设置有沿插入体长度 方向的形状为条形的电容传感器;电容传感器的输出端口与扦粮器外侧的电容检测电路的 输入端口相连，电容检测电路的输出端口与A/D转换电路的输入端口相连，A/D转换电路的 输出端口与单片机的信号输入端口相连，单片机的显示信号输出端口与LED显示部分的显 示信号输入端口相连，单片机的按键信号输入端口与按键相连;所述电容检测电路的电源 输入端口、A/D转换电路的电源输入端口、单片机的电源输入端口、LED显示部分的电源输入 端口分别与电源电路的电源输出端口相连。
[0033]所述电容传感器采用柔性电路板(FPCB)，柔性电路板上设置有依次相邻排列设置 的三片铜极板，相邻铜极板的对应边均为对应的梳状。
[0034] 发明人的研发过程:起初的想法是制作两个相同面积的铜极板，将铜极板固定在 粮扦内部，就组成一个电容传感器，首先使用〇. 2mm薄铜板制作出lcm X 10cm的铜极板放于 粮扦内，通过实验发现，由于粮扦器是铁制作而成，它是一个导体，很难控制其绝缘性。
[0035] 为解决绝缘性，我们将薄铜板改进成背面带胶的铜箱纸。需要将传感器置于粮扦 的前端，这时导线连接带来的干扰问题又很难解决。
[0036]通过研究电路板制作方法，我们采用FPCB(柔性电路板)工艺来制作电容传感器， 能很好的解决上述的问题。
[0037] 使用Altium Designer软件画出PCB板，送到FPC制作工厂加工。传感器由三片铜极 板组成，并且成梳状分布，这样可以增加本体电容的大小，每两片之间都能组成一个电容传 感器，这样方便多点检测，增加传感器数据的准确性。在传感器后方的连接部分使用金手指 接头设计，这样方便后续检测电路通过连接器连接传感器。
[0038]所述电容传感器的输出端口采用四指金手指接头；金手指接头的金手指间距为 〇.5mm，补强厚度0.3_;每一个铜极板与对应的金手指相连;除极板及与极板相连的导线以 外的柔性电路板上全部覆铜并接地线，地线连接到对应的一个金手指。
[0039] 所述三片铜极板的整体形状为长方形，长方形的长度为100mm，宽度为21mm，相邻 铜极板对应边间隙均为〇.2_，三片铜极板分别通过导线与金手指接头相连。
[0040] 所述电容检测电路包括max4066芯片U31、0P07CP芯片U32和0P07CP芯片U33，U31的 1、9、3、11引脚与所述金手指接头的四金手指对应相连，U31的8引脚分别与U32的2引脚、电 容C321-端、电阻R321-端相连，R321另一端分别与C321另一端、U32的6引脚、电阻R331 - 端相连，R331另一端分别与U33的2引脚、电阻R332-端相连，R332另一端分别与U33的6引 脚、A/D转换电路的输入端口相连;所述U31的逻辑控制输入端口与分频取反电路的输出端 口相连，分频取反电路的输入端口与所述单片机的ALE端相连，单片机采用12M晶振，所述单 片机采用89C51芯片U41。
[0041 ]电容检测电路的种类非常多，比如:交流激励法电容检测电路、交