基于扦粮器的粮食水分检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。本实用新型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] 本实用新型就是针对上述问题，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，本实用新型采用如下技术方案:本实用新型包括扦粮器，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。
[0007] 作为一种优选方案，本实用新型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，本实用新型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0.3mm;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，本实用新型所述三片铜极板的整体形状为长方形，长方形 的长度为l〇〇mm，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，本实用新型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 一端相连，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，本实用新型所述分频取反电路采用CD4017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，本实用新型所述电源电路采用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，本实用新型所述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，本实用新型所述A/D转换电路采用TLC549芯片U42，U42的2引脚与所述U33的 6引脚相连，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引脚与所述U41的8引脚相连。
[0015]另外，本实用新型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。
[0017] 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。
[0018] 利用直流充放电法检测电容值的输出电压V等于。
[0020] 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。
[0021] 本实用新型有益效果。
[0022] 本实用新型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】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围 不仅局限于以下内容的表述。
[0024]图1是本实用新型电路原理框图。
[0025]图2是本实用新型单片机部分电路原理图。
[0026]图3是本实用新型LED显示部分电路原理图。
[0027]图4是本实用新型A/D转换电路原理图。
[0028]图5是本实用新型电容检测电路原理图。
[0029] 图6是本实用新型充/放电电容电压转换电路原理图。
[0030] 图7是本实用新型脉冲信号波形图。
[0031] 图8是本实用新型电容传感器结构示意图。
[0032]图9是本实用新型电源电路原理图。
[0033]图10是本实用新型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】
[0034]如图所示，本实用新型包括扦粮器，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。
[0035]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。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038]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。
[0039] 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。
[0040]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 0.5mm，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。
[0041] 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。
[0042] 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