谷物水分检测仪的设计说明书

1 前言1.1 谷物水分检测的意义粮食的储存是关系到民生的一件大事，而粮食水分的检测更是粮食储存的重中之重。粮食在收获之后往往含有过多的水分，而含水量过多的粮食往往会引发很多问题，由于含水量过多的粮食容易发热，变质。这将影响到粮食的质量和粮食种子的选择。因此，谷物在收获之后，必须进行检测。粮食的安全储存还会影响到我国工业和农业的发展，这时粮食水分的检测就显得很重要。工业生产中会大量的用到各种粮食作物。如果粮食的含水量不过关，就会影响到产品的质量，更有甚至，生产出的副食品会危害人的健康。在农业方面更要注意水分的检测，全国的大小粮库是国家粮食的储备，如果水分控制不好，将会是大批量的粮食坏掉，这将直接影响我国农业的发展。所以，在工业和农业中要根据各种参数和和工艺合理的控制谷物的水分。这时就要求有好的谷物水分检测仪，用以对谷物的水分进行检测。因而，一款好的水分检测仪就显得尤为重要。一款好的水分检测仪将在很大程度上促进我国工农业的发展。1.2 谷物水分检测仪的发展背景和方向谷物水分的检测通常有两种方法，它一般分为直接测量和间接测量。直接测量法是指在对谷物进行热干燥后在对谷物的水分进行直接测量。这种方法是一种基准法，在测量的过程中样品的性质是不会发生改变的，但这种方法是间歇进行的，不能连续进行测量，这种方法具有较长的测量周期，当使用不同的方法时，测量所需的时间也会大大不同，这种方法不能对谷物的水分进行连续的测量，因而此方法控制指标不高。间接测量法是指通过检测与水分变化相关的物理量来得到谷物水分的变化，这种方法适合于在线测量。间接测量法包括化学反应法、电容法、电导法、微波法、光学法等。其中，电容法具有很多的优点，电容传感器具有简单的结构，较高分辨率，能够抵抗多种干扰，具有较快的动态响应，能在恶劣的环境下进行工作，价格合理等一系列优点。但它也存在一些缺点，它容易受到多种因素的影响，它的数据比较复杂等。所以，我们要通过建模理论创建谷物水分检测仪的物理模型，同时我们还要了解被测谷物的含水量与谷物水分检测仪传感器的参数关系，这些工作量将对我们谷物水分检测仪的设计产生重大的影响。目前，国内利用电容法测定粮食水分的仪器的种类较多，如 TM-I 型谷物水分检测仪，这种检测仪集机械设计、电控、检测与传感技术、物理解析法、现代通讯技术于一体，ZHS1003 微量水分全自动测定仪，它具有操作方便、稳定速度快精度高、灵敏度高等优点。国外主要有美国帝强 M-3G/M-20P 便携式谷物水分检测仪，它提供了精密补偿，应用独特的运算法则，无需称重或挤压样品，采用简单易读的 LCD 液晶显示，它具有独立的偏差和斜率。1.3 谷物水分检测仪的测量原理从电磁理论的角度研究，谷物的不同的内部成分和分子的结构定性共同决定了谷物的节电特性粮食的介电特性的，但是通过大量的试验表明，当粮食的游离水分小时，它的介电常数()也会随之变小，从这一点我们可以得出，对于粮食内部的淀粉等分子它们的极性是比较小的。但是水的介电常数却是相当的大，通过查相关数据得出水的介电常数为81。从以上的描述我们可以得出，游离的水分子是影响是影响介电常数的重要因素。这就为我们的设计指明了思路，我们要通过测目标的介电常数，间接的得到谷物的水分。但介电常数的测量是一个比较复杂的过程，这就要求我们弄清原理，认真心的进行设计。当电容传感器内部充满介质时，他的电特性就不单一受到电容的影响，电导也成了影响它的一个重要部分。因此，当我们在电容传感器两端加以交流电压信号时，它的电抗就由容抗和阻抗共同构成。它的等效电路如图1.1所示，当在我们在电容器两端加以交变电压信号时，它所产生的电流矢量图如图1.2所示。图1.1 等效电路图IR UI IC (图1.2 电流矢量图在不考虑外部因素影响的前提下，电流I和电压U相位相差应该是90，但当传感器中有电导存在是，电流I和电压U相位偏差将会产生变化。从图1.2我们可以得到电流I会产生一个偏离的角度，在这里我们把它叫做介质损失角。我们一般用tan来表示： ( 有功分量 IR即电导分量)/( 无功分量 IC即电容分量)。在弄清了设计原理后，我们需要对信号的处理电路进行设计了信号处理线路，在这里我们选用数字信号的传感器，因而在这里省略了 A/D 转换的过程。传感器把产生的数字信号直接输送给 STR89C52，经传感器的处理即可得到tan 值。由于谷物水分与传感器的介质损失角呈单值分段线形关系，所以经软件温度补偿，用烘干法水分标定后，即可得到水分介质损失角的对应关系。1.4 设计要求和预期研究结果1）应用范围：糙米、精米、稻米、小麦、大麦、裸麦等水分含量测量；2）测量范围：糙米、精米、稻米 10-40%，小麦、大麦、裸麦 10-35%；3）LCD 数字屏幕显示，数字清楚易读； 4）所有的操作只需轻按按钮即可完成；5）精确度：土 0.5 % (10%-20%)；6）产品温度范围：0-40C；7）温度补偿：自动补偿。2 谷物水分检测仪硬件部分的设计设计一个简单，方便的水分检测仪，硬件部位的设计至关重要。本章对检测仪的一些重要部件进行了选择和设计。单片机是整个硬件部分的控制部分，关系到后期的编程和调试，因而，单片机的选择至关重要，在这里我们选用STC89C52 单片机。由于单片机简单，易懂，性价比高，为设计节省了很多时间和精力。传感器是测量的部件，它直接与谷物进行接触，因而要求它具有良好的精度和密封性。在这里选用 AM2305 温湿传感器，由于传感器性能的采用串行接口，输出数字信号，省去了 A/D 转换等步骤，大大简化了本设计。至于显示屏的选择，在这里选用性价比比较高的 LCD1602A 进行输出显示。电源采用普通家用电源，并用 5V 电源转换其进行转换，并加上一个 74L05 进行稳压。下面将对谷物水分检测仪的各部件进行详细的介绍，硬件的原理框图如下图 2-1所示。图 2-1 硬件原理框图2.1 传感器的选择2.1.1 传感器的概述在选择电容传感器时，我们希望传感器的电容值大些，但我们选择的传感器的极间距不能太小能太小。当我们在线测试时，粮食中会掺杂比较多的杂质，单片机STC89C52电源 开关二极管 稳压器78L05 LCD1602A湿度传感器AM2305晶振电路复位电路如果我们选的级间距过小，就会出现堵塞现象。为了方便现场操作，我们选用圆桶型电容器，和谷物的介电常数不同，每次电容器充满谷物时，它的松紧度不同，对测试精度有很大影响。在这里采用数字温湿度传感器 AM2305。我们在这里选用的AM2305数字温湿度传感器是一款含有已校准的温湿度复合传感器，它直接输出数字信号。它应用的是专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，它能够保证传感器工作的可靠性与稳定性。传感器是由一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件组成的。该传感器可以与。常见的8位单片机相连，连接的线路简单。此产品具有很多优点如它具有品质突出、能够较快的对测试目标产生响应，抵抗外界干扰的能力较好、具有很高的性价比等优点。每个AM2305在出厂前都对其温湿度进行了校准。校准系数通常以程序的形式存在，把它储存在OTP内存中，传感器在检测的过程中会不断的从 OTP中调用这些数据，以进行测量输出数据。该传感器采用单线制并采用串行接口，这样就是整个传感器的系统显得简单易操作。本传感器的体积适中，功耗比较小，而且它的传输就离很远能达到20米，以上优点使该传感器在很多场合都得到广泛应用。传感器的外观图如下图2-2，2-3所示。2-2 墙面或支架安装式2-3 法兰安装式2.1.2 传感器的安装（1） 法兰安装式尺寸图：图2-4 法兰安装式尺寸（2）墙面或支架安装式尺寸图：图2-5 墙面或支架安装式尺寸2.1.3 传感器的主要参数（1）传感器性能说明表2.1 传感器性能说明参数 条件 Min Typ Max 单位湿度0.1 %RH分辨率16 Bit重复性 1 %RH3 %RH精度5 %RH互换性 可完全互换采样周期 1 2 S响应时间 1/e(63%)251m/s 空气1 2 S迟滞 0.3 %RH长期稳定性 典型值 1 %RH/yr温度0.1 分辨率16 Bit重复性 0.5 精度 0.5 量程范围 -40 80 响应时间 1/e(63%) 6 20 S(2) 采样周期的设置应大于最小值，这样才不会产生错误(3) 电源引脚给AM2305的供电的电压一般为3.3-6V。传感器接通电源后，为了度过传感器不稳定的状态，要先等待1s，在此期间不需要发送任何指令。在电源引脚（VDD，GND）之间可适当加上一个100nF电容，它的作用是去耦滤波。(4) 单总线接口AM2305产生的数据直接通过串行接口传送到单片机，传感器的传送与单片机的接受是同步的，一次通讯大概需要时间5ms左右 ,(5) 测量分辨率测量分辨率分别为16bit（温度） 、16bit（湿度） 。(6) 电气特性VDD=5V，T = 25 ，除非特殊标注表2.2 电气特性注:采样周期间隔不得低于2秒钟（建议2秒以上） 。1) 工作与贮存条件超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程/可参阅6.3小节的“恢复处理” 。在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。2) 暴露在化学物质中电容式湿度传感器的感湿层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。参数 条件 min typ max 单位供电 DC 3.3 6 V测量 1 1.5 mA供电电流待机 40 50 uA采样周期 秒 2 次3) 恢复处理置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在50-60和70%RH的湿度条件下保持5小时以上。4) 温度影响数字温湿度传感器 AM2305气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将AM2305远离发热电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。5) 光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。6) 配线注意事项DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量，推荐使用高质量屏蔽线。不得低于2秒钟（建议2秒以上） 。(7) 接口说明建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻，大于 20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。连接线是三芯屏蔽电缆，红芯为电源线、黑芯为地线、黄芯是信号线。传感器的电路连接图如图2-6所示图2-6 传感器的连线图2.2单片机的选择2.2.1 单片机的基本资料STC89C52是一种带8K 字节闪烁可编程可檫除只读存（ FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 COMOS8的微处理器。1)单片机 STC89C52主要特性如下：他可以和 MCS-51相 兼容内存为8字节，并可以进行编程使用寿命：1000写/擦循环数据保存时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz锁定是通过三级程序存储器512内部 RAM32可编程 I/O 线有两个16位定时器/计数器中断源的个数时5个串行通道可以进行编程当处于闲置和掉电模式它的能耗很低内部设有片内振荡器和时钟电路2）单片机 STC89C52的管脚说明：VCC：供电电源。GND：接地端。P0：P0为一个8位漏级开路双向 I/O，每脚可吸收8TTL 门电流。当 P1的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0外部必须被拉高。P1：P1是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O，P1缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2：P2为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O，P2 缓冲器可接收，输出4个 TTL 门电流，当 P2被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 输出其特殊功能寄存器的内容。P2 在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3：P3管脚是8个带内部上拉电阻的双向 I/O，可接收输出4个 TTL 门电流。当P3写入“1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。P3也可作为 AT89C51的一些特殊功能，如下表所示：管脚 备选功能P30 /RXD（串行输入口）P31/ TXD（串行输出口）P32 /INT0（外部中断0）P33 /INT1（外部中断1）P34 /T0（记时器0外部输入）P35 /T1（记时器1外部输入）P36 /WR（外部数据存储器写选通）P37 /RD（外部数据存储器读选通）P3用于同时接收闪烁编程和编程校验控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1 和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。此反向放大器可以配置成为片内振荡器。在这里我们可以选用石晶振荡或陶瓷振荡。如果我们使用的是外部时钟源驱动器件，则 XTAL2不应接。有余的输入要经过一个二分频触发器才能到达内部时钟信号，所以对外部时钟信号的脉宽没有什么要求，但脉冲宽度要满足的高低电平所需求的宽度。图2.7 STC89C52引脚图2.2.2 晶振电路的设计石英晶体振荡器是一种具有很高的精度和较高的稳定度的振荡器，基于以上优点该振荡器被被广泛应用于电视、电脑、等各种振荡电路中，它也广泛的应用于通信系统中，如它可以用在频率发生器中，它可以为数据处理设备提供时钟信号，同时他还可以产生基准信号以提供给某些设备。(1)晶振的基本原理1) 晶振的结构石英晶体振荡器的原理是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应而制成的一种谐振器件，它的的结构如下所示：按照一定的方位角从石英晶体上切下一下片（在这里把它称为，它的形状可以使四方形、圆形或椭圆形等） ，之后，再在对应的两个表面上涂上银层，这就是它的两个电极，从每个电极上引出一条线，把此线接到相应的管脚上，之后对它制作封装就制成了一个完整的石英晶体谐振器，我们通产把它简称为石英晶体或晶体、晶振。我们一般用金属材料制作晶振的封装，但有些时候我们也会使用陶瓷，塑料等材料制作特殊的晶振。2) 压电效应 当我们把电场加在晶振的两个电极上时，这时晶片就会产生相应的变形。相反，当我们在晶振的两个电极上施加一压力时，此时，在晶振的两极方向上就会产生相应的电场，我们把这种现象叫做称为压电效应。这是我们在晶振的两级上加一电压，这是由于电压的作用，晶振就会产生一些振动，如果在晶片的两极上加交变电压，这时会就会出现交变电压和机械振动共存的情况。通常的讲，晶振所产生的交变电压和机械动的频率都不会很大，但通过实验我们会发现当我们所加的电压的频率达到某一值时，振动和电压的幅值都会明显变大，这是我们看到的这种现象就是所说的压电谐振，这种现象与LC 回路所产生的谐振现很象。这种现象与很多因素有关，主要包括晶振的频率、外形和尺寸等。3) 符号和等效电路当晶振不工作时，这是我们可以把它看做一个普通的电容，我们把它叫做静电电容C ，它的取值大小与很多因素相关比如说极板间距，两电极的面积等，常用的大约是几PF到几十 PF。当晶振在工作时时，我们通常用电感 L来表示振动的惯性。电感L的值从几十mH到几百mH。由于晶片具有弹性，这是我们可以用电容C 来表示。由于C的值非常小，通常是0.00020.1pF。晶振在振动时，摩擦会是晶振产生一定的消耗，我们在这里用R来表示，R的数值一般是100。由以上的叙述我们可以知道晶片的LBIJ比较大，但C和R的值都非常，所以我们得出此电路的品质因数Q的值比较大，它可以达到 100010000。加又因为晶振的谐振频率仅仅与晶振自身的谐振频率有关，而晶振的谐振频率又与上晶片自身制作时切尺寸、外形相关，而晶振可做制作的很标准，所以我们使用石英谐振器钩成的振荡电路频率稳定度非常高。4) 谐振频率从谐振器的电路图我们可以得到，它具有两个不同的谐振频率，即（1）当L、C、R 支路在发生串联谐振的情形时，它可以得到等效组织的最小值。至于串联揩振频率我们在这里用fs表示，石英晶体在电路里石英晶体相对于串联揩振频率fs呈现出纯阻抗性， （2）在谐振频率高于fs的时侯L、C、R 的支路均呈现感性，可看作与电容C。当发生并联谐振时，它的并的联频率可以用fd来表示。依据晶体的等同电路图，我们可以绘出它的电抗频率的曲线。由此可见当频率小于串联的谐振频率fs或者频率大于并联谐振时，其并联的频率可以用 fd来表示。 (2)晶振的类型特点石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为 4类：普通式晶体振荡（TCXO） ，电压控制式晶体振荡器（VCXO） ，温度补偿式晶体振荡（TCXO） ，恒温控制式晶体振荡（OCXO） 。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）等。(3)晶振主要参数晶振的主要参数有有很多，它主要包括标称频率的大小，负载电容的大小、频率的精确度、一级频率的稳定性等。对于不同的晶振它的标称频率时不相同的不同的。我们可以在晶振的外壳上寻找它的表陈频率。但常用的晶振频率就是以下几：48kHz 、500kHz、503.5kHz、1MHz40.50MHz等，有些晶振会有一些特殊的要求，这是它的晶振频率可以是1000MHz 以上，有的晶振没有对标称频率作出要求，比如说CRB 、ZTB、Ja等类型。负载电容指的是晶振电路的两条引线所形成的电和所有的外部电容之的和，可以看作是一电容接在晶振电路中。振荡的频率是由负载频率决定的，负载频率的变化会引起振荡频率的变化，负载电容和标称频率没有必然的联系。 (4) 设计考虑事项：1) 应使晶振、外部电容器（如果有）与IC之间的信号线尽可能的最短。因为，当信号线太长时，会对晶振产生干扰；2) 在设计的过程中要使时钟电路和切换比较频繁的线路远离晶振的连接部位；3) 注意晶振和地的线路；4) 要注意将晶振接地。按照上述原理设计晶振电路，晶振电路如图2.8所示图2.8 晶振电路2.2.3 复位电路的设计(1) 复位电路简介复位电路是微机系统电路中不不可少的一部分，同时复位电路的作用是重要的，他能够确保电路稳定的运行、工作。复位电路最主要的能是上电复位。对于一般的微机电路而说，他需要的工作电压大约是5V5%，也就是4.755.25V。由于微机电路是采用的是时序数字电路，因而它需要比较稳定的时钟信号，因而在电源上电时，只有 VCC 的电压在4.755.25V 之间并且晶振能正常工作时，复位信号才会被取消，此时的微机电路才能够正常运行。(2) ISA 复位如果主板上没有 ISA 总线，也就是8XX 系列芯片组的主板，IDE 的复位直接来自于南桥，在两者之间通常也会有一个非门或是反向电子开关，PCI 总线的复位直接来自于南桥，有些主板会在两者之间加有跟随器，此跟随器起缓冲延时作用。且 PCI 的常态为 3.3V 或5V，复位时为 0V，AGP 总线的复位信号和PCI 总线的复位信号是同路产生。也有的主板 AGP 总线的复位也是由南桥直接供给，常态时为高电平，复位时为低电平，对于北桥的复位信号也是和 PCI 总线的复位信号同路产生，也就是说 PCI 总线的复位信号，AGP 总线的复位信号和北桥的复位信号通常是串在一根线上的，复位信号都相同，对于 CPU 的复位信号，不同的主板都是由北桥供给，I/O 的复位信号是由南桥直接供给，通常是3.3V 或5V。在8XX 系列芯片组的主板中，固 件 中心（B205）和时钟发生器芯片也有复位信号，且复位信号由南桥直接供给，常态为3.3V ，复位时为0V 。复位电路工作原理如2.9图所示，VCC 上电时，C 充电，在 10K 电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C 充满，10K 电阻上电流降为 0，电压也为0，使得单片机进 入 工 作 状 态 。工作期间，按下 S，C 放电。S 松手，C 又充电，在10K 电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。图2.9 复位电路2.3 供电电路的设计要使谷物水分检测仪工作，必须给它供电，因而需要设计供电电路，谷物水分检测仪的供电电路如下图 2-5 所示图 2.10 供电电路2.3.1 供电元器件的描述在电源选择方面，在这里选择 220V 的电压，并用一个 5V 的变压器进行变压。电源后加一个开关二极管，二极管加以开关，开关后接 74L05 稳压器进行稳压。为获得好的稳定性和瞬态响应，在 74L05 后接一 0.1uF 的电容。2.3.2 78L05 的介绍（1）78L05 描述是一种固定电压(5V) 三端集成稳压器 ，其适用于很多应用场合。象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在-卡调节。此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源，如可驱动输出电流高达 100 毫安的稳压器。其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况。当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候,其输出阻抗得到有效的改善，其偏置电流大大减少。（2）78L05 内部电路图 图 2.11 78l05 内部电路2.4 LCD屏的选择液晶显示器具有很多有点，比如说它具有能耗很低能耗、体积比较小、能够显示大量的内容、便捷小巧等优点，基于以上优点LCD显示屏在各种场合应用越来越多的应用。 至于本设计选用的LCD屏的型号是1602A 。2.4.1 1602A的外形结构1602A是工业字符型液晶，能够同时显示1602即32 个字符，1602A 的外形结构如下图所示：图2.12 显示屏的外形结构2.4.2 1602A的接口介绍1602A采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为地电源 第2脚：VDD接5V正电源 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，当它接正电源时，液晶显示器的对比度是最弱的，当接地电源时液晶显示器对比度最高，对比度不宜过高，所以在使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，处于高电平时选择数据寄存器、处于低电平时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，读操作和写操作分别是在高电平和低电平时进行。当RS 和RW 共同为低电平时可以写入指令。当RS 为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平 RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平变成成低电平时，而液晶模块是执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第1516脚：空脚 2.4.3 1602A的主要技术参数表2.3 1602的主要技术参数1602A液晶模块内部的控制器共有11条控制指令它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1为高电平、0为低电平） 指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置 指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向是高电平右移，低电平左移S表示屏幕上所有文的字是否左移或者是否右移。高电平表明有效，而低电平表示无效 。指令4：显示开关控制D：控制整体显示的开与关，高电平表示开，低电平表示关C：控制光标的开与关，高电平表明有光标，低电平表明无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平则不闪烁 指令5：光标或显示移位S/C：高电平时则移动显示的文字，低电平就移动光标 指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：表示低电平时为单行显示，高电平时是双行显示F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符指令7：字符发生器RAM地址设置 指令8：DDRAM地址设置 指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平则表示不忙。 指令10：写数据 指令11：读数据 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。2.4.4 1602A的电路接线图1602A得与单片机相连接，1602A与单片机的接线图如图2.13所示显示容量： 162个字符芯片工作电压： 4.55.5V工作电流： 2.0mA(5.0)V模块最佳工作电压： 5.0V字符尺寸： 2.954.35(WXH)mm图2.13 1602A 的接线图2.5 其它部件的选择介绍完主要部件后，电路还需要一些小的原件如开关一个，复位开关一个，开关二极管一个，0.1uf电容一只，10K电阻8只等元器件。由于这些元器件的结构和性能简单，在这里就不一一介绍。3 传感器的标定3.1 传感器标定的介绍当一款传感器装配完以后，我们必须按照我们的设计任务对传感器的性能进行标定，以使它的性能满足我们的需求。任何一种传感器在装配完后都必须按设计指标进行全面严格的性能鉴定。当一款传感器使用了一段时间，或者是在传感器进行修理之后，也必须对传感器的各方面的性能进行校验，从而能够保证传感器的各项功能指标都能满足我们的要求也必须对主要技术指标进行校准试验，以便确保传感器的各项性能指标达到要求，从而使传感器能够正常的工作。传感器标定指的是利用比它高一级的标准器件对传感器进行标定，通过标定我们可以得出传感器输入与输出之间的联系。我们可以得出传感器在不同的工作环境下的误差关系。被测量量值的要求有较高的一致性和准确性，很多国家都建立了一套计量器具（包括传感器）检定的参照、规范和引发办法。在我国是由国家计量局、中国计量科学研究院和部、省、市计量部门以及一些企业的计量站来进行制定和实施。国家计量局（89年后由国家技术监督局）制定和发布了时间、距离、力、温度等一系列计量器具规的程，并并且在1985年9月公布了“中华人民共和国计量法” 。在标定传感器的过程中，应试测量的环境与长安其工作的环境相类似。在标定的过程中为了提高传感器的标定精度，我们要将传感器和它的附属设备一起标定，这样可以提高传感器的标定精度。3.2 传感器标定的分类传感器的用途不同会导致输入的不同，传感器的输入可分为动态输入和静态输入所以传感器的标定也就有两种，分别是静态标定和动态标定。（1）传感器的静态标定 传感器的静态标定也就是要标定传感器的一些静态性能和指标，它们主要包括线性度、灵敏度、滞后和重复性等。根据传感器的功能，静态标定首先需要建立静态标定系统，其次要选择与被标定传感器的精度相适应的一定等级的标定用仪器设备。具体标定步骤如下：1）将传感器测量范围分成若干等间距点；2）根据传感器的量程，要使传感器的输入量按照从小到大的顺序依次变化，同时要把各个输入和输出值记录下；3）然后反过来是输入量从大到小进行递减，于此同时把各个值记录下来；4）不断重复进行以上两步，反复对传感器的正反行程进行多次测量，然后将所得的数据以表格或者绘图的方式表达出来；5）对上述实验所得的数据进行处理，一句以上所得到的数据得出所测传感器的根线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。（2）传感器的动态标定对于一部分传感器在满足其动态特性的前提下，我们也需要满足它的动态特性求。所以在对着一部分传感器进行了静态标定后，还要对它们进行动态标定。动态标定的内容主要是为了标定这些传感器的动态灵敏度、固有频率和频响范围动态特性等。当我们在对传感器进行动态标定的过程中，这是我们需要一个标准信号，以这个信号为基准进行标定。在这里我们常用的两种标准信号，它们分别是：一种是周期函数，如正弦波等；另一是是瞬变函数，如阶跃波等。当我们用标准信号激励后，就会在传感器上得到所需的信号，这些信号经过了研究、简化、处理就可以得到它的频率特性，即幅频特性、阻尼和动态灵敏度等。 3.3 水分检测仪的具体标定过程在我们对感器进行标定时，主要是为了找出谷物所含的水分和它的损失角的联系，只有弄清去这个关系我们才能正确的标定出谷物的含水量为了增加谷物的含水量，我们要把谷物泡在水里，谷物经水浸泡后，要让其在自然环境中自然晾干。标定方法是采用浸泡法提高谷物的含水率，浸泡过的谷物在自然凉干过程中。在谷物晾干的过程中每隔一小时就用传感器测量出谷物的介质损失角tan值，与同时用烘干法测出粮食的其实际含水率 Mc的值。按照这个步骤一直经行下去，当发现谷物的水分不再变化时即可停止。 。在测量的过程中，我们会记下两组数据，它们分别是tan1，tan2 ，tann和Mc1，Mc2，Mcn我们要对传感器进行多次标定，与此同时还要对所得的数据进行处理通过，这样我们就可以得出介质损失角和粮食水分对应的函数关系，最后我们要把得到的数据都输入到单片机中去将。因此，在以后的测量过程中，只要得到谷物的介质损角即可得到粮食的含水量。4 谷物水分检测仪的使用4.1 谷物水分测量工作过程明白谷物水分检测仪的工作过程，才能更好的对其进使用和行操作，谷物水分测量工作过程如下：(1) 被测谷物进入测试仪器，电容水分测量传感器根据谷物中的水分自动转换成相应的数字信号；(2) 传感器将产生的数字信号传送至单片机，由单片机进行信号的处理；(3) 单片机对采集到的数据进行数字滤波消除干扰，再根据数字模型实时进行计算，并根据谷物温度对测试的水分值自动修正；(4) 经单片机处理后的信号，传送至LCD显示屏，由LCD显示输出的结果。4.2 水分仪使用注意事项当我们使用谷物水分检测仪测量谷物的水分时，标样的制备和正确的仪器的使用方法在很大程度上决定了测量的准确性，因此，在检测谷物水分的的过程中，我们要做到以下几点：(1)我们在对水分仪进行定标时，定我们要选用不同品种的谷物进行定标，在定标的过程中，不要使用外地的粮食；(2)需要人工烤干、加水的粮食，一定要按照该行业的标准准进行操作；(3)标样水分的差别不要太大，高低的差别应在4%左右；(4)当测量颗粒较大的 谷物时，由于容易产生误差，因此应进行多次重复测量，测量的次数要在三次以上，这样才能保证测量的精度；(5)当有杂质掺杂在谷物中时，应想办法将鼓舞中的杂质去掉，这样才能保证较高的测量精度。 正确使用水分仪将会在实际工作中较大程度的保证测量数据的准确、可靠。5 结 论随着科技的进步，新的技术不断出现，谷物水分检测仪不断更新换代，但它的主要功能是不会变的，那就是测湿度。那些传统的检测粮食湿度的方法，已经不适应高速发展的现代农业。因而，精确的谷物水分检测仪在工业和农业中应用的越来越多，而先进的测湿度仪器也正在不断涌现。元器件的选择是制作工程中的一个大的方面。元器件的选择包括传感器，单片机，显示屏和其它一些元器件的选择。由于要制作实物，因而要考虑到性价比的问难题。也就是说在达到经济美观的前提下，价格要适当的低。另外，在选择元器件的同时要注意了解元器件的性能和精度。由于，电子元器件更新换代比较快，当自己需要的元器件市场上没有时，要选择合适的元器件代替。另外，买元器件时要多看多问，这样能使自己学到很多东西。买完元器件之后就是组装，按照自己制作的电路在电路板上进行组装，在组装的过程中，要注意各元器件的正负极。同时在组装的过程中，要认真细心，不要出现原理性错误。组装电路时不要急，照着电路图，一根线一根线的联。因为，任何一个小的失误都会造成，电路的中断，甚至会烧坏仪器。另外，一定要再检查无误后，再通电源，避免烧坏重要的元器件。组装完之后的工作便是编写程序和调试。组装完并不是工作的结束，还要进行编程和调试。编写程序是要细心，可以调用一些已经有的子程序。利用编程软件编号程序后，再进行调试。当调试不出结果时，要回过头来检查程序，找出其中的错误。编程和调试是一个重要的工作，一定要重视，并且要耐