原棉水分測定儀的工作原理及硬件電路設計.doc

常州工學院畢業(yè)設計論文I摘要本文介紹了原棉水分測定儀的工作原理及硬件電路設計。根據(jù)電阻式棉花水分測定儀原理，利用AT89C51.CC03新型單片機設計了一種棉花水分測定儀。此芯片片內(nèi)采用閃爍存儲（Flashmemory）制造技術，無須外加EEPROM，并有內(nèi)置ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；功耗低、可加密、低價格、支持兩種可選的省電模式休眠模式和掉電模式。該儀器用半導體溫度傳感器實現(xiàn)了半自動測試、溫度自動補償，具有自動換檔功能，語音報警功能，顯示采用點陣式液晶片，能顯示所測棉花回潮率及相關的提示漢字；棉花壓緊機構的運動位置由霍爾傳感器自動判斷，測量結果的溫度補償由單片機的計算功能實現(xiàn)。具有測試快捷、數(shù)據(jù)穩(wěn)定準確、使用方便等特點。關鍵詞：棉花回潮率；單片機；水分測定儀；自動溫度補償；液晶顯示常州工學院畢業(yè)設計論文IIABSTRACTIntroducingtherawcottonhumiditymeasurestheworkprincipleandthehardwaretelephonedesignsoftheinstrument.Accordingtotheresistancemethodcottonhumiditytestprinciple,madeuseofamachineofAT89C51CC03todesignakindofcottonhumiditymeasurementinstrumentTheadoptionscintillationstorage(theFlashmemory)manufacturingtechniqueinsidethischipslab,neednottheinadditionEEPROM,alsoinsideplacetheADCmoldfewtransducer；Theconsumelow,canencrypt,thelowpricespace,supporttwokindsofprovincesofeligibilityelectricitymode-dormancymodeanddroptogiveorgetanelectricshockthemode.Thatinstrumentspreadthefeelingmachinetocarryoutthesemiautomatictest,thetemperatureautowiththetemperatureofsemiconductoroffset,havetheautoshiftgearthefunction,thespeechreportstothepolicethefunction,displayadoptiondotatypeLCDslab,candisplaythecottonmeasuretoreturntothetiderateandrelatedChinesecharactersofprompts；Thecottoncompresstightlythesportlocationoftheinstrumenttobespreadtheautomaticjudgmentofthefeelingmachinebythepressurepickup,measuringthetemperaturecompensationofresulttobecarryoutbythecomputingfunctionofamachine.Havethetestfast,thedatastabilizationisaccurate,usageconvenienceetc.characteristics.Keywords:cottonmoisturecontent；microcomputer；thehumiditymeasurementinstrument；autotemperaturecompensation；TheLCDmanifestation常州工學院畢業(yè)設計論文III目錄摘要.I目錄.III第一章緒論.11.1課題來源.11.2課題研究的目的和意義.21.3國內(nèi)外現(xiàn)狀.21.4論文的主要內(nèi)容.4第二章課題簡介及設計要求.52.1課題簡介.52.2設計要求.62.2.1總體要求.62.2.2性能指標.72.3本章小結.7第三章儀器硬件設計.83.1總體方案設計.83.1.1方案設計.83.1.2單片機外圍電路設計方案.93.1.3測溫電路設計方案比較.103.2各模塊設計.113.2.1電源設計.113.2.2測水電路設計.183.2.3測溫電路設計.193.2.4顯示電路設計.213.2.5語音電路設計.223.2.6單片機外圍電路設計.263.2.7其它電路及設計.273.2.8硬件總圖.313.3本章小結.33第四章硬件電路仿真.344.1仿真平臺簡介.344.2仿真結果分析.364.3本章小結.42第五章結論與展望.435.1結論.435.2展望.43第六章設計心得.44參考文獻.45致謝.47附錄.48常州工學院畢業(yè)設計論文1第一章緒論1.1課題來源棉花在收購或買賣時需要根據(jù)國家的相關標準測試一些數(shù)據(jù)，回潮率是其中的一項重要的指標，是影響棉花的品級和棉花加工質(zhì)量的一個關鍵參數(shù)，也是棉花加工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的一項重要控制參量，對于收購棉花的公司和使用棉花的企業(yè)來說都具有重要意義。GB1103-1999棉花細絨棉國家標準將檢驗分成兩部分，即品質(zhì)檢驗和公量檢驗。品質(zhì)檢驗內(nèi)容包括品級、長度、馬克隆值、異性纖維、斷裂比強度、短纖維率、棉結的檢驗；公量檢驗內(nèi)容包括含雜率、回潮率、籽棉公定衣分率和成包皮棉公量的檢驗。原棉實際回潮率是決定公量計算的關鍵因素之一，而棉花的品質(zhì)一般在其生長、加工過程中就已決定，因此在實際工作中，人們往往比較注重回潮率對公量多少的影響，卻很少去注意回潮率與品質(zhì)檢驗的關系。但事實上，棉花的回潮率對其品質(zhì)檢驗同樣有著不可忽視的影響?；爻甭蔬^高，則棉纖維彈性減小，光澤降低，而強力增大；回潮率過低，則棉纖維彈性增大，光澤上升，而強力下降，從而對棉花的正確定級產(chǎn)生誤導。在籽棉水分控制上，GBl103l999棉花細絨棉規(guī)定棉花公定回潮率為8.5，棉花回潮率最高限度為l0.5。正常采摘的棉花水分含量一般在l3左右。近幾年來少量棉農(nóng)質(zhì)量意識淡薄，采摘露水花，不曬交售。露水花的籽和纖維都會含有大量的水分，一般在l3%l4%左右。更有一些不法棉販從棉農(nóng)手里套購籽棉(占收購數(shù)量80%)進行摻水，性質(zhì)十分惡劣。摻水籽棉水分在l4%以上，最高的可達20%30%。而收購加工企業(yè)敞開收購，收購水分標準為l4%，超一扣一仍照收不誤，因此造成了部分地區(qū)90%以上為超水分籽棉的嚴重后果。超水分籽棉對棉花質(zhì)量的危害在于棉花收購、加工、儲存各個環(huán)節(jié)，對皮棉質(zhì)量造成相當大的影響。從籽棉收購環(huán)節(jié)看，收購的超水分籽棉成堆擠壓后，由于微生物的作用，籽棉堆開始發(fā)熱，溫度越高，微生物運動速度越快，有時棉堆內(nèi)部溫度可達7080。棉纖維表皮層是由蠟質(zhì)、脂肪、果膠、多縮戊糖等物質(zhì)組成。這些物質(zhì)在高溫下開始溶解，溶解后的籽棉會出現(xiàn)高熱，伴有黏液和發(fā)酵后的異常氣味。這種棉纖維遇空氣迅速氧化變黃，軋后皮棉最高不超過五級。當超水籽棉溫度達到一定程度后，纖維開始炭化，甚至可引起自燃火災。從加工環(huán)節(jié)看，籽棉如果超過l2%的水分，機械就不能正常運轉(zhuǎn)，特別是軋花機。當籽棉形成棉卷后，由于籽棉水分過高，高速運轉(zhuǎn)時容易板結而造成停車，不可能形成蓬松棉卷狀態(tài)，常州工學院畢業(yè)設計論文2軋后皮棉出現(xiàn)異常形狀、無光澤、色呆甚至暗灰。目前，部分軋花廠具備籽棉烘干條件，但烘干溫度過高，同樣對纖維有損傷，并會使衣分不正常，增加了短纖、棉結等雜質(zhì)。一般來講，相同等級的正常水分的籽棉和超水分籽棉加工后皮棉質(zhì)量有一個級的差別。從儲存環(huán)節(jié)看，由于超水分皮棉經(jīng)過加壓后包內(nèi)密度很大，纖維變異快，貯存一段時間后會形成板結、棉纖維泛黃等質(zhì)量變異，嚴重影響皮棉質(zhì)量和使用價值。棉花水分測定的標準方法是烘干失重法。這種方法測量準確，重復性好，但需要天平、烘箱等實驗設備，只宜用于實驗室使用，不能滿足棉花收購現(xiàn)場的使用要求。近年來，隨著電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，以電測法為代表的棉花水分快速檢測技術迅速發(fā)展，新型棉花水分快速測定儀器不斷問世，但由于受棉花品種、品質(zhì)的影響仍不夠完善，使得我國棉花收購長期存在依靠收棉人員憑感官判定棉花水分含量的問題，無法從根本上保證國家的棉花收購質(zhì)量。本課題根據(jù)當前市場上的棉花水分測試儀存在不足之處，運用單片機技術進行設計的。1.2課題研究的目的和意義隨著技術的不斷革新，新型電子產(chǎn)品不斷的問世，市場上現(xiàn)有的棉花水分測定儀顯得有些陳舊，不能滿足棉檢的要求。本課題研究的原棉水分測定儀是根據(jù)GB6102.2-85電測器法的有關規(guī)定,在保持傳統(tǒng)電測器的壓力、取樣數(shù)量、極板面積和上、下層電壓參數(shù)不變的條件下,采用新型單片機控制（有內(nèi)置EEPROM及模數(shù)轉(zhuǎn)換器）,選用CMOS集成電路,用液晶顯示代替指針式儀表,用半導體溫度傳感器代替熱敏電阻,用快速推拉式機構（霍爾傳感器自動判斷壓力到位）代替?zhèn)鹘y(tǒng)螺旋式壓力器等,實現(xiàn)了快速測試、溫度自動補償、數(shù)碼顯示、語音提示換檔和顯示測試結果等功能。棉花水分是指棉纖維中含有的水分子。棉花含水量的多少影響棉花的真實重量和棉纖維的物理、化學性能，對棉花生產(chǎn)、收購、初加工、運輸儲存及紡織使用等方面，都有密切的關系，因此,原棉水分測定是棉花檢驗的一個重要環(huán)節(jié),但原棉水分受環(huán)境影響大,測試結果隨機性強,因此,選擇性能穩(wěn)定、環(huán)境適應性強、測量準確、使用方便的測量儀器,對嚴格收購標準,確保棉檢部門的權威性和公正性具有重要意義。1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀1991年，人們對電阻式水分儀的測試方法開始進行考證，目的是為了提高常州工學院畢業(yè)設計論文3這種測試儀的測試準確度。通過這項研究，又派生出了一種新型的電阻式水分測試儀，這種新型的水分測試儀的測量精度至少達到了烘箱式測水法的測量精度。它的測值準確，并且在分級室的條件下，它使用可靠。Anthony和Byler先生于1994年對目前所用于扎花廠水分測試的測試系統(tǒng)進行了測試研究，人們尋求一種價格較為便宜的替代品（測試儀）-復阻抗式水分測試儀，這種型式的測試元件可用于水分自動控制系統(tǒng)。1995年一種電池供電便攜式水分測試儀研究出廠并且經(jīng)過了測試值校正和檢驗。這種儀器功耗比較低，主要用于自動化測試室或扎花廠，但是它沒有配置顯示裝置，只能將測得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_計算機上去貯存和顯示。2002年7月，誕生了基于電阻測量原理的新型棉花水分在線自動測量儀。2004年，研制出了MWS型原棉水分測定儀。目前，電阻式水分測試儀已經(jīng)用于扎花廠、棉花收購、棉檢部門多年。國內(nèi)最常見的測試方法有兩種:烘箱法和直流電阻法。利用烘箱法測定棉花回潮率的基本方法是通過電熱絲加熱,將烘箱內(nèi)空氣溫度升高至一定值,使箱內(nèi)的水分蒸發(fā)于熱空氣中。烘箱內(nèi)熱空氣中水分含量不斷增加,并通過排氣裝置將濕熱空氣排出箱外,為棉花內(nèi)所含水分不斷蒸發(fā)散失創(chuàng)造條件。由于棉花內(nèi)水分不斷蒸發(fā)散失,重量不斷減少,當重量烘干不變時,即為棉花的干重。根據(jù)國際標準規(guī)定,烘箱應使用通風烘箱,供給預干燥空氣(水分含量小于0.01g/cm3),烘箱內(nèi)的氣流速率為4min內(nèi)至少為箱內(nèi)體積的1倍。國內(nèi)的烘箱主要為Y802型和Y802A型兩種,Y802型恒溫烘箱是對流式通風箱,通風良好,缺點是箱內(nèi)溫度差異較大,在稱重時有氣流影響,但基本上滿足通風的要求。Y802A型恒溫烘箱是半封閉式烘箱,烘箱內(nèi)用一個風扇推動空氣在箱內(nèi)流動,箱內(nèi)外通風不良,不能換氣,試樣中蒸發(fā)的水分大部分留在烘箱內(nèi),不能散發(fā),所以箱內(nèi)濕氣的相對溫度偏高,測得回潮率偏低。烘箱法測量棉纖維回潮率的實驗步驟主要有以下幾步:1、校正鏈條天平,調(diào)節(jié)接觸濕度計的接觸點在規(guī)定范圍。開啟烘箱電源總開關,供烘箱內(nèi)加熱。2、取一個干凈的稱量瓶及一定棉花(約2g),將棉花裝入稱量瓶中,在天平托盤上稱量,并記下數(shù)據(jù)。稱取時動作必須敏捷,以防止試樣在空氣中吸濕或放濕。3、將裝有棉花的稱量瓶瓶蓋打開,迅速放入烘箱中烘烤,烘箱溫度大約為1052。4、半小時后,蓋上稱量瓶瓶蓋并將其取出,立即放入干燥器中。5、待冷卻后,將其放在天平托盤上稱量,并記下數(shù)據(jù)。6、將稱量瓶連同棉花再次放入烘箱烘烤半小時后取出并冷卻,再次在天平托盤上稱量,并記下數(shù)據(jù)。若前后兩次稱得的干重之差與后一次干重之比小于0.05%,則后一次重量即為干燥重量。常州工學院畢業(yè)設計論文47、應用公式：00)(GGGW(其中W為紡織材料的回潮率,G為紡織材料的濕重,G0為紡織材料的干重),計算棉纖維的回潮率大小。烘箱法的優(yōu)點是測試結果穩(wěn)定、準確、一般不受環(huán)境條件的影響。烘箱法的缺點是“耗能、費時”(功耗2.75kW，每次試驗時間至少3小時)，故不能滿足快速測試和纖維收購部門收購現(xiàn)場測試的需要。Y412系列原棉水分測試儀采用直流測試技術可實現(xiàn)對原棉回潮率的快速測試，是目前國內(nèi)應用最為廣泛的快速測濕儀。但是，Y412系列原棉水分測試儀采用直流測試技術且利用表頭