单片机食品检测水分检测器的设计.doc

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1、聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）聊城大学东昌学院 本科生毕业论文（设计）题目： 单片机食品检测水分检测器的设计 专业代码： 作者姓名： 学号： 单位： 聊城大学东昌学院 指导教师： 2017年4月24日原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名：日期指 导 教 师 签 名： 日期 目 录前 言11. 单片机食品检

2、测水分检测器的设计21.1 单片机食品检测水分检测器控制系统的工作原理21.2 单片机食品检测水分检测器的设计功能21.3 单片机食品检测水分检测器的设计模块31.3.1系统显示模块31.3.2 温度信号采集模块31.3.3 温度信号采集模块31.3.4 按键控制模块41.3.5 计算机串口通信模块41.3.6 电源和电机模块42.单片机食品检测水分测试器的设计62.1 电源电路设计62.2 电机控制模块设计62.3 湿度硬件电路设计72.4 温度硬件电路设计7结 论10参考文献111聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计） 14摘 要食品中水分的测量技术是一个对农业生产领域非常重要的课题。本设计

3、的单片机食品检测水分测试器的控制系统核心是将计算机串口通信技术应用到单片机的硬件电路模块中，使得计算机具有实现实时通信的功能，以实现仪器的自动化、智能化操作，为农业食品水分检测提供更新的设备及技术。关键词：食品水分；单片机；测试器AbstractThe measurement of moisture in food is a very important topic in the field of agricultural production. The core of the design of the single-chip microcomputer food testing syste

4、m is based on the single-chip hardware circuit module design, the use of modular design ideas, the introduction of computer serial communication technology, making the computer with real-time communication function to achieve the automation of the instrument , Intelligent operation, for agricultural

5、 food moisture detection to provide updated equipment and technology.Key words : Food moisture; Single chip; Tester单片机食品检测水分检测器的设计前 言我国是世界上人口大国，同时也是世界上粮食消费数量最多的国家。由于人口总人数众多、粮食资源又相对匮乏、农业发展又相对缓慢等问题，粮食中含水量的检测是粮食问题中的一个较为迫切的问题。 食品中的水分一般是指与食品有关的游离水和水量。在长期储存的情况下，酶影响大多数食品的生命力，并影响着食品的新陈代谢能力。如果谷物中的水分含量在不断增长，在

6、一定的情况现，将提高发芽的机会。造成这种情况的主要原因是食物的水分。当食物中的水分达到一定程度的时候，食物就满足对睡眠状态。在食品加工过程中，影响食物储存和加工过程的主要因素是食品的水分含量。例如，如果水含量过高时，晶粒硬度降低，粉碎强度增加，导致碎米的数量增加。在另一方面，如果水含量低和籽粒硬度增加，导致碎米，也导致了在生产速率的下降。因此，该食品的水分含量不仅决定了食品的质量，而且还影响食品储存和生产及加工的可靠性。在中国，由于食物和水的检测及辅助设备的技术还不完善，每年都有大量的食物储存和运输过程中的损坏，给地方和企业造成了很大的损失。因此，湿度一直是食品质量的一个重要指标。目前，食品的

7、含水量快速及准确的检测，是保护和经济利益的最重要的解决方式。1. 单片机食品检测水分检测器的设计1.1 单片机食品检测水分检测器控制系统的工作原理 食品检测水分检测器是一个比较的系统，它可以分为几个较小的功能模块，通过小模块功能的实现，以达到所有主要系统的功能实现。从硬件电路的角度来看，整个系统由以下部分组成：主控制基板的电路，关键电路，电源电路和电动机，电路接收所述温度信号和湿度信号。 食品水分检测器的工作原理是主要经由电力模块住在转换220V电压DC 5V，主控制面板和其它功能模块，以确保稳定的电力供应模块的控制系统，给小的功能性模块供电等其他模块稳定的电流，以确保稳定的电源条件下，根据预

8、定的设计，以完成模块功能，最后取得了测试仪的水分食品检测。具体工作原理如图1中所示。驱动控制模块计算机串口通信温度传感器温度传感器主控制模板变压器220V交流电单片机整流稳压温度信号采集驱动湿度信号采集驱动液晶显示器液晶显示驱动功能按键交流电机AVR ISP电动驱动图1 单片机食品检测水分检测器控制原理框图 1.2 单片机食品检测水分检测器的设计功能本论文所研究得粮食水分检测器的系统中主要实现的功能如图2所示。将被检测的粮食放在传送带上，经过电机带动传送至罗拉，经过罗拉的碾压和磨碎，在湿度电路模块中测量出被测粮食中的水分含量，再经过温度信号采集系统，根据不同的测试温度对水分含量进行误差补偿修正

9、，最后通过显示器显示出测量结果，得到准确地粮食中的水分含量。测量结果显示误差补偿修正湿度信号采集湿度信号采集功能选择按钮罗拉碾压电机驱动被测粮食图2 食品检测水分检测器功能实现过程图 1.3 单片机食品检测水分检测器的设计模块单片机食品检测水分检测器的控制系统设计模块主要包括以下几个模块，分别是：系统显示模块、温度信号采集模块、湿度信号采集模块、按键控制模块、计算机串口通信模块、电源和电机模块。1.3.1系统显示模块在控制系统中，选用12864液晶显示器作为系统中显示模块的核心显示器。实时地显示出食品水分检测仪的工作状态，包括食品的种类、测量或校正的两种工作状态的选择、误差大小、水分含量、测量

10、温度及测量湿度的数据信息。1.3.2 温度信号采集模块在食品水分测量的过程中，如果检测器还具有检测食品温度的功能能够更方便储存，运输和食品加工。在该电路系统模块由美国DALLAS公司DS18B20的数字传感器的传感器的温度信号，它具有简单的结构，而无需外部电路等。该传感器使用单线接口，结构特征与数据线同时到达的数据的电源和传输。此外，传感器的数字温度DS18B20连接到微处理器ATMEL128只需要一个行线，以使微处理器和DS18B20传感器和温度传感器已经高精度和硬件和软件装置被容易地实现之间的双工通信。1.3.3 温度信号采集模块 单片机食品检测水分检测器的核心是食品中湿度的检测。本系统中

11、湿度信号采集模块主要是对被检测食品中的水分含量进行数据采集并将采集到的数据信号反馈给单片机中。此系统采用的是电容法测量频率值，其原理是，在食品中含有一定量度的水分含量，对应于不同的介电常数体积的水分含量是不同的，这是通过在相应的湿度值相应的式555振荡电路的输出频率，然后在12864LCD出显示。湿度信号采集模块由包含555芯片的信号调理电路的。这是一个集成电路，其可以产生非线性时间参考，并且可以完成和各种功能的时间滞后。它可以有效地结合模拟电路的数字电路，生成在相同时间的周期信号的时钟可以产生一定的规则信号时间，和外围部件包括定时器，触发器，振荡器或驱动电路。1.3.4 按键控制模块主控制模

12、块被设计水分检测器的功能，用于检测食物。根据硬件连接电路开关可以知道，确认的主要条件是确定是否开关闭合，主要体现在输入的电平，以确定该引脚连接到它是高还是低的关键。如果高输入电平处于关闭状态，则由于键关闭的最低水平。也就是说，检测引脚电平的水平的程序设置，您可以定义主开闭。在这种设计中，当按钮被按下时，在微处理器的各自的栅极检测低电平的信号，并且使相应的时间。在实际的操作过程中，当判断的按键闭合状态受到干扰是，很容易发生判断失误，这时需要采用消除按键抖动的方法进行解决。消除按键抖动的方法一般有硬件方法和软件方法，软件方式消除按键抖动的经济性要好于硬件方式。因此，本控制系统中采用软件方式消除按键

13、抖动。1.3.5 计算机串口通信模块目前，在市场进行销售的单片机食品检测水分检测器的功能较为单一。本设计方案中增加方便与计算机通信的串口模块，目的在提高所研制的单片机食品检测水分检测器在市场上的竞争力，同时也为了进一步的实现食品在线检测、烘干的自动化操作。与计算机的实时通信联系可以由计算机的通信模块实现，该模块的硬件部分主要由MAX232核心芯片所组成的电平转换电路。1.3.6 电源和电机模块整个电路控制系统电源功率模块识别核心的功率控制系统的模块由以下部分组成：220V交流变压器的变压器，二极管和电容器电路净化器过滤器，三芯片端子LM7805稳定性输出5V输出电压的直流滤波电容滤波器，稳定5

14、V直流电路的微控制器，12864液晶模块，所述主模块，串行通信计算机模块温度电路湿度和电路模块。2.单片机食品检测水分测试器的设计2.1 电源电路设计 在电源电路中，首先要解决的问题是将外部输入的220V的交流电进行降压，得到一个较低的交流电压，然后经过整流、滤波和直流交换等过程，得到所需的直流电。对于单芯片测试食品潮湿系统控制器控制需要不同的电压电源的功能模块是DC电压5V，有必要电路的硬件的电力供给，以提供220V交流电源为稳定的DC5V电源，以满足电源系统要求。电源控制模块的总体结构图如图3所示。5V直流电L7805CV滤波L7805CV220V交流电变压器变压12V直流电图3 电源控制

15、模块总体结构图2.2 电机控制模块设计从食品检测水分测试器的测量原理得到，为更准确地测量食品中的水分含量，运用电机带动罗拉，用罗拉碾压食品，使食品内部直接与湿度测量电路接触，可到较为准确地食品水含量值。根据发动机的作用来选择发动机的模型中，发动机控制系统主要用于驱动辊子的方向，使得电动机的要求不是很高，主要是补充正常操作，良好的耐热，速度稳定的条件。选择中大电机公司出产的交流减速电机，如图4所示。图4 电机2.3 湿度硬件电路设计湿度是食品测试水分检测器的重要功能之一，湿度电路模块主要是555集成电路构成的信号调理电路，如图5所示。图5 555芯片结构原理图2.4 温度硬件电路设计温度传感器是

16、感测温度的变化，并转换在可用输出信号，例如变化的传感器。在这项研究中，为了提高硬件电路设计的测量精度，将使用数字温度传感器。图6，图7所示的示意图表示温度传感器封面结构和工作原理。图6 温度传感器封装结构图图7 温度测量电路原理图结 论 食品中水分的测量技术是一个对农业生产领域非常重要的课题。本设计的单片机食品检测水分测试器的控制系统核心是基于单片机进行的硬件电路模块设计，采用模块化的设计思路，引入计算机串口通信技术，使得计算机具有实现实时通信的功能，以实现仪器的自动化、智能化操作，为农业食品水分检测提供更新的设备及技术。参考文献1 封志明, 刘宝勤, 杨艳昭. 中国耕地资源数量变化的趋势分析

17、与数据重建1949- 2003J. 自然资源学报, 2005,2 0 ( 1 ) : 35-44.2 刘水长. 我国稻米和需求生产情况J. 粮食问题研究, 2005, (3) : 16-18.3 翟宝峰. 基于数据融合的粮食水分检测技术的研究J. 沈阳: 沈阳工业大学, 2002.4 陈忠平. 基于Proteus的AVR单片机C语言程序设计与仿真. 北京: 电子工业出版社,2 011.5 郭德怀. 粮食干燥机全自动控制系统的开发J. 无锡: 江南大学, 2009.6 杨荣辉. 电容式粮食水分仪的研究J. 沈阳: 沈阳工业大学, 2003.7 张永林, 张连全, 刘文生. 粮食水分在线测量评述J

18、. 武汉工业学院学报, 2003.8 胡俊刚. 现代核磁共振技术在食品科学中的应用J. 食品研究与开发, 2000, 21 (1): 11-15.9 金永君, 艾延尘. 核磁共振技术及应用J. 物理与工程, 2002, 12(1):47-48.10 匡慧. 基于AVR单片机的切纸机控制系统软硬件设计D. 南京: 南京理工大学, 2007。致 谢 本论文在华 导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白

19、了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！ 时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在此我向所有老师表示衷心的感谢，谢谢你们四年的辛勤栽培，谢谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理，谢谢四年里面你们孜孜不

20、倦的教诲！ 四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这四年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过四年的大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。 最后要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬他们，报答他们！爸妈，我爱你们！ “长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。”这是我少年时最喜欢的诗句。就用这话作为这篇论文的一个结尾，也是一段生活的结束。希望自己能够继续少年时的梦想，永不放弃。