毕业设计--粮食水分测试仪的设计.doc

单位代码 01 学 号 060102064 分 类 号 TN7 密 级 毕业设计说明书粮食水分测试仪的设计 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名聂 俊 齐 指导教师张 具 琴 2010年5月5日 粮食水分测试仪的设计摘 要近几十年来，粮食水分检测技术发展迅速，形成了多种水分检测方法。总体上可分为直接法和间接法两大类。直接方法是通过干燥方法和化学方法，直接检测出粮食中的绝对含水量，检测精度高且费时，不适于在线和现场检测。间接法是通过检测与水分有关的物理量(例如物质的电导率、介电常数等)，间接地测定物质的水分，一般速度较快，易实现在线检测。在采用间接法测量时，由于影响水分检测因素较多。所以，在检测时要充分考虑各方面的因素，对传感器的设计也应给予足够地重视，使输出信号能够有效地反映水分特性。粮食水分的快速检测，是通过对与水分有关的物理量的检测，相应地测定物质的含水量，一般来说速度较快，易实现在线检测。而本课题的设计就是顺应这样的要求，在了解电导式传感器在测量木材、烟草、粮食等方面的应用的基础上和与传统粮食水分测试仪的性能相比综合分析后，设计出一种粮食水分测试仪能够快速的检测出粮食中的水分。本课题从介绍各种粮食水分检测方法出发，重点介绍了所设计的粮食水分测试仪的各个组成部分，并得出粮食水分测试的工作原理，设计出了能够快速检测，精确度高的粮食水分测试仪。在了解电导式传感器在测量木材、烟草、粮食等方面的应用的基础上和与传统粮食水分测试仪的性能相比综合分析后，（自己再好好调整一下）关键词：粮食水分，检测方法，快速检测，电导传感器The design of grain moisture testersAuthor: Nie Junqi Tutor: Zhang JuqinAbstract In recent decades，grain moisture detection technology has developed rapidly, forming a variety of water testing methods. Generally can be divided into direct and indirect two categories. Direct method is by drying method and chemical method, the direct detection of the absolute water content of food in the detection accuracy and time-consuming, not suitable for online and on-site inspection. Indirect method is through the detection and water-related physical quantity (such as material conductivity, dielectric constant, etc.), indirect determination of substances in water, generally fast, easy to implement on line. In an indirect measurement, because many factors affect the moisture content. Therefore, when testing to fully take into account various factors, the design of the sensor should also be given enough attention, so that the output signal can effectively reflect the characteristics of water. Rapid detection of food water, and water through to the relevant physical quantities of the test, a corresponding determination of material moisture content, generally faster, easier to achieve on line. The design of this task is to comply with such request, in understanding the conductivity sensor in the measurement of wood, tobacco, food and other applications based on and with the traditional grain moisture tester compared the performance of integrated analysis, design a food moisture tester to quickly detect food in the water. This issue introduces a variety of food from the starting moisture detection method, focuses on the design of grain moisture tester of the various components, and draw the working principle of grain moisture testing, designed to make rapid detection and high accuracy of grain moisture Tester.Key words: grain moisture, test methods, rapid detection, conductivity sensor目 录1 绪论11.1 课题的研究背景及目的11.2 粮食水分检测的发展现状11.3 水分检测发展趋势32 设计原理与元器件介绍42.1 7555定时器42.1.1 7555定时器的组成和工作原理42.1.2 7555定时器构成的多谐振荡器52.2 变压器62.3 桥式整流电路82.4 高阻运算放大器F3130102.4.1 高阻运算放大器102.4.2 F3130运算放大器102.4.3 运算放大器的作用112.5 显示器122.5.1 显示器的结构和工作原理122.5.2 LED数码显示器的种类132.6 ICL7106132.6.1 ICL7106的工作原理132.6.2 ICL7106的性能特点主要参数153 整体电路分析设计173.1 电路的工作原理173.2 调试及误差分析18结 论19致 谢20参考文献211 绪 论1.1课题的研究背景及目的粮食的水分含量是评价粮食品质的重要指标，是粮食检测的基本项目。粮食含水量的测定不仅涉及到贸易结算，而且影响粮食的安全贮藏、加工生产、运输、营养、保质期等。如果粮食中的水分超过储藏所规定的临界值，不仅浪费仓容，而且会因粮食种子的生命活动旺盛而消耗籽粒中储存的营养物质，从而引起粮堆发热、变质，并促进粮食中微生物及害虫的生长和繁殖，导致粮食霉变。在我国，由于水分检测技术的不完善，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。而粮食水分过低，减少了粮食重量，影响粮食品质。因此粮食水分检测对粮食的收购、运输、储藏、加工贸易都具有十分重要的意义。本课题就是顺应这样的要求，本着简单、实用的出发点，设计出一个简单易操作的粮食水分测试仪，便于仓库管理员检测粮食水分中的信息，确保粮食存储的安全与质量。1.2粮食水分检测的发展现状粮食水分的检测方法概括起来可分为无损检测和有损检测两大类。无损检测是指在不破坏待测物原来的状态和化学特性等前提下，通过粮食本身的物理、光学、化学特性来测其含水量；有损检测是指在测量过程中待测物粉碎或发生了化学变化，致使其不能保持原来的形状或组成。在这两类中，无损检测的方法更经济、快捷，发展也最为迅速，是当今世界水分测试的主流。（1）粮食水分无损检测的主要方法直接干燥法是指将待测样品置于烘箱中，根据ASAE标准，在130的温度下保持19h，测量前后的质量差，即为其水分含量。电容法是根据水分含量的变化势必引起电容量变化的原理，通过测量与样品中水分变化相对应的电容变化即可知粮食的水分含量。红外线加热干燥法是利用红外线加热样品使其失水，从而达到测量水分含量的目的。微波加热法是利用微波炉的磁控管所产生的2450MHz 或915MHz 的超高频率微波快速振荡粮食中的水分子，使分子相互碰撞和摩擦，进而去除粮食中的水分。介电损失角法是利用谷物含水率不同，介电损失角也不同，并且呈单值分段线性关系。复阻抗分离电容法通过复阻抗分离电路的设计，有效消除电阻参量的影响，而只保留电容参量的变化。高频阻抗法是依据在敏感频带(100k250kHz)施以外加电场的情况下粮食水分与其交流阻抗呈现对数关系这一理论来测量其水分的。摩擦阻力法利用粮食的动态摩擦阻力与含水率成线性关系，含水率高，摩擦阻力大。声学法是利用粮食水分中的粮食籽粒的弹性和振动特性，不同水分的粮食在流动过程中碰撞物体表面时所产生的声压不同。核磁共振法是在一定条件下原子核自旋重新取向，从而使粮食在某一确定的频率上吸收电磁场的能量，吸收能量的多少与试样中所含的核子数目成比例。射线法是利用不同的分子对不同波长的近红外光具有不同特征的吸收，当用近红外光照射样品时，漫反射光的强度与样品的成分含量有关。微波吸收法利用粮食中的水分对微波能量的吸收或微波空腔谐振频率和相位等参数随水分的变化来间接地测量水分含量的。中子式水分仪通过计量慢中子探测器中产生的电压脉冲个数测量粮食的水分含量。（2）粮食水分有损检测的主要方法105恒重法用比水沸点略高的温度（ 1052）使经过粉碎的定量式样中的水分全部汽化蒸发，根据所失水分的质量来计算水分含量。定温定时烘干法是在一定规格的烘盒内称取经过粉碎的试样，在规定加热温度的烘箱内烘干一定时间，烘干前后质量差即为水分含量。双烘法主要用于测量高含水量粮食。测量时，先称取整粒试样2030g，放入105烘箱中烘干30min，取出冷却称质量，然后粉碎，再用105恒重法进行烘干测量。隧道式烘箱法是定温定时法的一种，它将象限秤与烘箱结合起来，烘干试样后无需冷却可直接用象限秤称量，并可在象限秤上直接读出试样的水分含量。快速失重法是在物料的极限失重温度下烘干物料，进行粮食水分测试。减压干燥称重法利用真空处理技术、微小定量测定技术和数据处理技术来测定水分的。直流电阻法：干燥粮食的直流电阻很大，而水的电阻很小，被测样品的含水量的变化势必引起其导电能力的变化。含水量越高，电阻越小，通过测量样品的电阻，即可以间接地测定含水量。甲苯蒸馏法是利用与水分不相溶的溶剂(甲苯、二甲苯)组成沸点较低的二元共沸体系，将试样中的水分蒸馏出来。卡尔费休法是利用甲醇和吡啶存在的情况下，水与碘和亚硫酸发生定量化学反应的原理，根据碘的消耗量测出水分含量。压力法是利用水与碳化钙发生化学反应生成乙炔，在一定条件下，乙炔气体的压力与其含水量呈线性关系。1.3 水分检测技术的发展趋势 水分仪的种类虽然很多，但其市场潜力却不尽相同，计算机技术、原子技术与半导体技术的飞速发展，给粮食水分检测技术的发展提供了广阔的空间。随着对无损检测技术的需要，无损检测仪器将逐步实现标准化、通用化和系列化，大规模可编程逻辑器件和数字信号处理器的推广和成本的降低，必将加速其在无损检测技术上的应用，不仅提高信号采集和处理速度，满足市场大量实时性要求，也将缩短开发时间，增加硬件的功能和扩展性。计算机软件及硬件在无损检测技术上的应用，将实现温度等重要检测因素的自动补偿，使检测仪器由过去的单一化向多用途方向发展，适用于多种不同环境下的无损检测。互联网技术的迅猛发展会为无损检测技术带来质的飞跃，实现多用户共享和远程控制，避免人力、物力和财力的浪费。本课题所设计的电导式粮食水分测试仪，能够对粮食中水分进行实时的、无损的数字化检测，具有经济、实用、快捷等优点。其最终测量结果的数字化过程，易于实现与微处理器和计算机接口技术，实现测量的自动化和智能化。考虑设计成本和设计时间问题，这里就没有进行下去。2 设计原理与元器件介绍粮食水分测试仪主要有检测电路、振荡电路、整流电路、运算放大器、A/D转换器和译码显示电路组成。由稳压电源通过振荡电路产生交流电压，再通过变压器和整流电路后交流电压变成直流高压，这个直流高压加到电导传感器的两端后，（图有问题）产生的电流通过由运算放大器构成的电流电压转换电路转换为电压信号，再通过A/D转换器后经译码显示电路显示检测结果，达到粮食水分快速测量的目的。粮食水分测试仪的原理框图如图2.1所示。图2.1粮食水分测试仪的原理框图2.1 7555定时器2.1.1 7555定时器的组成和工作原理(1)电路组成及其引脚7555定时器的外引线排列图和引脚图分别如图2.2、2.3所示。它是由上、下两个电压比较器、三个5k电阻、一个RS触发器、一个放电三极管T以及功率输出级组成。比较器C1的反相输入端接到由三个5 k电阻组成的分压网络的VCC处（也称控制电压端），同相输入端为阀值电压输入端。比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的VCC处，反相输入端为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端RD，当复位端处于低电平时，输出为低电平。控制电压端是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个0.01F的电容，以防止干扰电压引入。7555的电源电压范围是3V18V，输出电流可达200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。 图2.2 7555定时器的外引线排列图 图2.3 7555定时器的引脚图(2)7555的工作原理它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为VCC和VCC。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过VCC时，触发器复位，7555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于VCC时，触发器置位，7555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，7555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vco是控制电压端（5脚），平时输出VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.2.1.2 7555定时器构成的多谐振荡器（1）多谐振荡器的特点：不需外触发的自激振荡器；无稳定状态，均为暂稳态；矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。（2）多谐振荡器的工作原理：接通电源后，VCC经R1、R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时VCVCC，所以7555内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，即RD=1，SD=0，基本RS触发器置1，输出端Q为高电平。此时Q=O，使内部放电管截止。当VC上升到大于VCC时，RD=1，SD=1，基本RS触发器状态不变，即输出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于VCC时，RD=0，SD=1，基本RS触发器置0，输出端Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容C经R2和内部放电管放电，Vc按指数规律减小。当VC下降略小于VCC时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲，如图2.5所示。 图2.5 由7555构成的多谐振荡器及工作波形（3）主要参数计算： （2.1）改变、和的值，就可以改变振荡器的频率。如果利用外接电路改变端(5号端)的电位，则可以改变多谐振荡器高触发端的电平，从而改变振荡周期T。在实际应用中，常常需要调节t1和t2。在此，引进占空比的概念，输出脉冲的占空比为： （2.2）2.2变压器变压器由铁芯和线圈组成是一种变换电压的静止电器。它是靠电磁感应原理把某种频率的电压变换成同频率的另一种或多种数值不等（或相等）电压的功率传输装置。它不仅能改变交流电的电压，同时还能改变阻抗，在不超设计功率时，还可改变电流。在不同的环境下，变压器的用途也不同，如： （1）远距输入电线路，为减小线路损耗，从发电厂出来的电，要先升压到几万伏（如11KV），到达目的地时，再降压（如220V）。 （2）在电子放大线路中，为达到两线放大间转输能量消耗最少，要进行阻抗匹配，用变压器联接，可起到改变阻抗的作用。 （3）电焊时，在焊条与焊件间所需电流很大，而电压很小。电焊机就是一个变压器，它把高电压（如220V）变成低压。而在不改变功率的条件下，在输出端产生很大的电流。 （4）有时在一个环境中需要不同的电压，变压器又可制成多绕组或中间抽头式。进而产生多种电压。 （5）在交流稳压器中，采用即时改变输出线圈的圈数，来达到调速输出电压的目的。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器的特性参数有：（1）工作频率：变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。（2）额定功率：在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。（3）额定电压：指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。（4）电压比：指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。（5）空载电流：变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。（6）空载损耗：指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。（7）效率：指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。（8）绝缘电阻：表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。 2.3 桥式整流电路整流桥有多种方法可以用整流二极管将交流电转换为直流电，包括半波整流、全波整流以及桥式整流等。整流桥，就是将桥式整流的四个二极管封装在一起，只引出四个引脚。四个引脚中，两个直流输出端标有或，两个交流输入端有标记。整流桥工作原理图如图2.6所示。图2.6整流桥工作原理图 整流桥的作用就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，通常电源中采用的整流桥除了这种单颗集成式的还有采用四颗二极管实现的，它们的原理完全相同，作用就是整流，把交流电变为直流电。实质上就是把4个硅二极管接成桥式整流电路之后封装在一起用塑料包装起来，引出4个脚，其中2个脚接交流电源，用符号表示，2个脚是直流输出，用表示。 特点是方便小巧、不占地方。规格型号一般直接用参数表示：50伏1安，100伏5安等等。选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。图2.7桥式整流电路图 图2.8桥式整流电路简化图桥式整流电路是使用最多的一种整流电路，其电路图如图2.7、2.8所示。这种电路，只要增加两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点。图2.9 桥式整流电路工作原理图桥式整流电路的工作原理图如图2.9所示，其工作原理为：E2 为正半周时，对D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成E2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整洗电压，E2 为负半周时，对D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中构成E2 、D2 、Rfz 、D4 通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz上便得到全波整流电压。桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半。2.4高阻运算放大器F31302.4.1高阻型运算放大器高阻型集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。输入级经常采用结型场效应管JFET与BJT相结合构成差动输入级，称为BIFET，或采用超管与BJT结合的电路，构成差动输入级。因为是在通用型无法满足特殊的应用要求的情况下，高阻型运算放大器才产生的。而高阻型运算放大器的特点是差模输入阻抗高。输入级采用了JFET和BJT构成了差动输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。2.4.2 F3130运算放大器F3130运算放大器结合了PMOS和双级晶体管的优点制作的一种集成电路PMOS晶体管用于输入级提供了非常高的输入阻抗，非常低的输入电流和优良的速度特性。它可广泛用作快速采样保持放大器、高输入阻抗宽带放大器、电压调整器、跟随器和电压峰值检波器等。F3130封装外形图和基本连线图分别如图2.10、2.11所示。F3130运算放大器特点：低输入偏置电流：20PA、高输入阻抗：1.5T、转换速率高：30v/s。 图2.10 F3130封装外形图图2.11 F3130基本接线图2.4.3运算放大器的作用在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。运算放大器是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。2.5显示器2.5.1显示器的结构组成和工作原理LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。通常使用8段LED数码显示器，8段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，通过不同的组合可用来显示各种数字，包括AF在内的部分英文字母和小数点“”等字样。 LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称为共阴极LED显示器。如图2.12所示。 共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的，当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合从而显示各种字符。8个笔划段dpgfedcba对应于1B（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。 如图a所示，共阴极结构的数码显示器阴极共地，当某个发光二极管阳极为高电平时，将其燃亮，这种结构适用于CD4511类译码器的电路。共阳极结构有一个公用的阳极，如图b所示，使用时接正电源，当阴极接低电平时，使其发光，这种结构适用于7107一类的模数（AD）转换器电路。LED数码显示器一般要通过集成电路驱动，才能正常显示。（a）共阴极 （b）共阳极图2.12 LED数码显示器的结构一个LED数码显示器两端所加正向电压增加到2V时，则会出现正向电流并发光，极限电流为20mA左右。因此，无论是共阳极，还是共阴极结构，LED数码显示器都要加限流电阻。2.5.2 LED数码显示器的种类（1）按发光和颜色分类 LED数码显示器按发光颜色可分为红色。橙色。黄色和绿色等多种。发光颜色与发光二极管的半导体材料及其所掺杂质有关。（2）按发光强度分类 LED数码显示器按发光强度可分为普通亮度LED数码显示器和高亮度LED数码显示器。（3）按显示位数分类 LED数码显示器按显示位数可分为一位LED数码显示器。双位LED数码显示器和多位LED数码显示器。2.6 ICL7106ICL7106是目前广泛应用的一种3位A/D转换器，能构成3位液晶显示的数字电压表。2.6.1 ICL7106的工作原理ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证AD 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。如图2.13所示，下面介绍各部分的工作原理。（1）模拟电路模拟电路由双积分式A/D转换器构成。主要包括2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。缓冲器A1专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和HFE挡提供便利条件。这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点，适合做低速模数转换。每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZINTDEAZ的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期共需4000TCP。图2.13 ICL7106工作原理图其中，正向积分时间固定不变，T11000TCP。仪表显示值 （2.3）将T11000TCP，UREF100.0mV代入上式得N10UIN 或UIN0.1N 只要把小数点定在十位上，即可直读结果。满量程时N2000，此时UM2UREF200mV，仪表显示超量程符号“1”。若需改装成2V量程的数字电压表，可按表1选择元件值。表1 200mV与2V量程元件对照欲测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容。为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（亦称采样时间）T1应胜频周期的整倍数。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选T1n20（ms）式中，n1，2，3。例如取n2、4、5时，T140ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干扰。这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。（2）数字电路数字电路主要包括8个单元：时钟振荡器；分频器；计数器；锁存器；译码器；异或门相位驱动器；控制逻辑；LCD显示器。时钟振荡器由ICL7106内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。若取R120k，C100PF，则f040kHz。f0经过4分频后得到计数频率fCP10kHz，即TCP0.1ms。此时测量周期T16000T04000TCP0.4s，测量速率为2.5次秒。f0还经过800分频，得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。LCD须采用交流驱动方式，当笔段电极ag与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示。因此，可将两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。驱动电路采用异或门。其特点是当两个输入端的状态相异时（一个为高电平，另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。7段LCD驱动电路如图所示。图中，加在a、b、c笔段上的方波电压与BP端方波电压的相位相反，存在电位差，使这三段显示。而d、e、f、g段消隐，故可显示数字“7”。显见，只要在异或门输入端加控制信号（即译码器输出的高、低电平），用以改变驱动器输出方波的相位，就能显示所需数字。2.6.2 ICL7106的性能特点和主要参数1）性能特点（1）7V15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。（2）输入阻抗高（1010）。内设时钟电路、2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3位LCD显示器。（3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达0.05，转换速率通常选2次秒5次秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。（4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。2）主要参数 表2 ICL7106参数表（表格自己画）3整体电路分析3.1 电路工作原理通过以上各部分电路的介绍，我们对各组成部分的功能及作用都有了详细的了解。下面将对整个设计电路进行总的分析。总电路图如下图2.14所示。图2.14 设计原理图在该图中，最左边是由7555、变压器和桥式整流电路构成的高压电源，它为电路提供一个150V左右的直流高压。7555作为多谐振荡器应用到电路中，9V直流电源通过7555振荡器产生一个电压为5V左右的交流电，通过隔直电容C2，把这个交流电送给匝数比为100：1000，升压幅度为10倍的变压器升压，可使输出电压达到50V左右。再将这个电压通过由二极管D1、D2和电容C3、C4构成的整流桥，它将这个50V左右的交流电转化为150V左右的直流电供给检测电路。之所以要用到150V的高压，主要是因为粮食的电阻过大，很难有电流流过，必须加上高压，这时才会有一个1uA左右的电流。再通过由高阻抗运算放大器F3130构成的电流/电压转换电路，将该电流转换成电压。为了不使通过Rf的电流过大，在A探头后面要加上一个50兆欧姆的电阻，以限制流过Rf的电流。又因为7106的工作电压很低，就要求Rf要小一些，以限制F3130的输出电压不高过2V。最后通过ICL7106将模拟信号转化为数字信号，并通过7106驱动的三位半数码管显示电路显示出来。达到粮食水分快速测量的目的。3.2调试及误差分析为了使所设计的粮食水分测试仪能够顺利的工作，必须对各部分电路进行调试和分析，产品调试的基本步骤有： （1）在整机通电调试之前，各部分应该先通过装配检验和分别调试。（2）检查确认产品的供电系统的开关处于“关”的位置，用万用表等仪器来判断并确认电源输入端无短路或输入阻抗正常，然后顺序接上地线和电源线，插好电源插头，打开电源开关通电。（3）按照电路的功能模块，根据调试的方便，从前往后或者从后往前地依次把它们接通电源，分别测量各电路的工作点和其他工作状态。（4）当各块电路调试完成以后，把它们连接起来，测试相互之间的影响，排除影响性能的不良因素。（5）测试整体的消耗电流和功率。（6）对整体的其他性能指标进行测试。在测量仪器的实际使用中，造成误差的来源很多，通常是多种误差源综合作用的结果。主要有以下四个方面：（1）传感器非线性误差本系统选用电导式传感器，测量参数与输出电压存在一定的非线性。（2）电子元器件参数的离散型、温度不稳定性造成的误差传感器输出信号一般比较微弱，需要进过数据采集前置放大误差的主要原因，运放的输入失调电压，输入失调电流是影响电路精度的重要因素。另外所选的阻容器件都是经过精确测量后在焊接上去的，并经过仔细调试以获得最佳性能。（3）电