粮食水分检测技术探讨

□ 高 莉 辽宁岫岩国家粮食质量监测站

粮食的水分在线检测是制约粮食干燥系统的核心技术。通常对于粮食中水分的检测有两种：直接以及间接的检测方法。直接方法就是去除粮食中水分含量，通过对比之前与之后的差来反映出粮食中的水分，但有测量时间长的缺点[1]。间接测量的方法就是通过由水分引起变化的物理量的测量来确定粮食中的水分，优点是用时短，操作简单，能够在现场以及线上进行测量。间接的测量方式有电阻式、电容式以及中子源法等。

图1 键盘接口电路

1 硬件资源配置

1.1 单片机系统

硬件电路是由五个模块组成，分别为键盘模块、单片机控制模块、AD转换模块、报警电路以及MAX7219显示模块。这些模块主要实现测量、计算、显示、堵粮判断以及报警的功能。工作原理是通过电容传感器来测量粮食中的水分，再通过AD转换模块，将结果送到单片机控制模块[2]。测量人员可以通过单片机控制模块对数据进行存储与显示，可以反复进行多次测量，通常都是5次的有效测量，将这五次的数据进行平均值处理，得出最后的结果。同时，还可以通过三次有效的测量数据的平均值进行比较判断，然后可以分析出是否堵粮，如果出现堵粮的情况，则会进行警报告示。

1.2 传感器部分设计

圆桶型电容式传感器就是通过被测量的水分的非物理量转化为电容量变化的一种传感器。它是由两个同心圆桶构成，内桶为内电极，外桶为外电极，两者之间为介质空腹。其工作原理就是将要测量水分的粮食放在传感器内外极电板之间的介质空腹中。粮食中的水分可以使传感器的相对介质发生变化，导致电容值发生变化，从而可以检测出粮食中存在的水分。

1.3 温度检测电路的设计

AD转换模块能够完成对温度的检测，在单片机系统中能够通过大量的实验计算出对粮食含水率的补偿。

1.4 语音报警电路设计

语音报警电路的工作原理就是首先设置一个数值，是通过控制某一个路径控制声光报警。如果输出的电量低于此数值水平，晶闸管会阻断电流的通过，可以发现发光二极管以及扬声器都没有通电流。如果输出的电量高于此数值水平，晶闸管会打开允许电流通过，此时的发光二极管以及扬声器中都会出现电流，则发光二极管会发光，扬声器会发出警报的声音，能够使工作人员及时发现问题并解决。

1.5 键盘及功能介绍

图1是键盘接口电路，可以清晰地看出键盘的工作原理，每一个按键都是独立进行工作的，彼此之间互不干涉。因此工作流程是比较简单的，其中电阻是上拉电阻，没有按下按键时，CPU接入“1” 电平，按下按键时CPU就会发生变化。S1键是开始键，将粮食储存好之后，接通电源，此时会出现一个数据；如果测量的结果有效，则进行S2键的操作，继续进行测量，然后将数据进行存储，直到完成几次有效的数据之后，然后计算平均值；如果上一次测量的数据无效，则要按下S3键，说明此次结果无效，弃之。最后完成一系列的测量之后，就按下S4键，结束程序的使用。

2 系统软件设计

整个系统的设计主要包括显示程序、警报程序、测量程序、读入程序、初始化程序以及平均值计算程序等。主要流程就是AD转换模块测量粮食中的水分以及温度，然后将数据通过单片机控制模块进行处理，通过显示器进行显示，控制 MAX7219 实现显示功能，完成堵粮判定，并通过控制高低电平的输出，实现报警控制，读键盘完成人机交流，并且实现平均值计算。

3 结论与讨论

通过电容传感器测量粮食中的水分，可以有效地提高工作效率，节省人工成本。这对于提高粮食水分的检测自动化具有重要的作用。虽然目前利用电容传感器测量粮食水分还有许多的缺憾，但也是取得了一定的效果，在今后我们要继续不断创新，才能不断提高测量粮食水分的精度。