原棉水分測(cè)定儀的工作原理及硬件電路設(shè)計(jì).doc

常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文I摘要本文介紹了原棉水分測(cè)定儀的工作原理及硬件電路設(shè)計(jì)。根據(jù)電阻式棉花水分測(cè)定儀原理，利用AT89C51.CC03新型單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種棉花水分測(cè)定儀。此芯片片內(nèi)采用閃爍存儲(chǔ)（Flashmemory）制造技術(shù)，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(jià)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(dǎo)體溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)測(cè)試、溫度自動(dòng)補(bǔ)償，具有自動(dòng)換檔功能，語音報(bào)警功能，顯示采用點(diǎn)陣式液晶片，能顯示所測(cè)棉花回潮率及相關(guān)的提示漢字；棉花壓緊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置由霍爾傳感器自動(dòng)判斷，測(cè)量結(jié)果的溫度補(bǔ)償由單片機(jī)的計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)。具有測(cè)試快捷、數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確、使用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：棉花回潮率；單片機(jī)；水分測(cè)定儀；自動(dòng)溫度補(bǔ)償；液晶顯示常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀.21.4論文的主要內(nèi)容.4第二章課題簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)要求.52.1課題簡(jiǎn)介.52.2設(shè)計(jì)要求.62.2.1總體要求.62.2.2性能指標(biāo).72.3本章小結(jié).7第三章儀器硬件設(shè)計(jì).83.1總體方案設(shè)計(jì).83.1.1方案設(shè)計(jì).83.1.2單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)方案.93.1.3測(cè)溫電路設(shè)計(jì)方案比較.103.2各模塊設(shè)計(jì).113.2.1電源設(shè)計(jì).113.2.2測(cè)水電路設(shè)計(jì).183.2.3測(cè)溫電路設(shè)計(jì).193.2.4顯示電路設(shè)計(jì).213.2.5語音電路設(shè)計(jì).223.2.6單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì).263.2.7其它電路及設(shè)計(jì).273.2.8硬件總圖.313.3本章小結(jié).33第四章硬件電路仿真.344.1仿真平臺(tái)簡(jiǎn)介.344.2仿真結(jié)果分析.364.3本章小結(jié).42第五章結(jié)論與展望.435.1結(jié)論.435.2展望.43第六章設(shè)計(jì)心得.44參考文獻(xiàn).45致謝.47附錄.48常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第一章緒論1.1課題來源棉花在收購(gòu)或買賣時(shí)需要根據(jù)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試一些數(shù)據(jù)，回潮率是其中的一項(xiàng)重要的指標(biāo)，是影響棉花的品級(jí)和棉花加工質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，也是棉花加工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要控制參量，對(duì)于收購(gòu)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(xì)絨棉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將檢驗(yàn)分成兩部分，即品質(zhì)檢驗(yàn)和公量檢驗(yàn)。品質(zhì)檢驗(yàn)內(nèi)容包括品級(jí)、長(zhǎng)度、馬克隆值、異性纖維、斷裂比強(qiáng)度、短纖維率、棉結(jié)的檢驗(yàn)；公量檢驗(yàn)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(yàn)。原棉實(shí)際回潮率是決定公量計(jì)算的關(guān)鍵因素之一，而棉花的品質(zhì)一般在其生長(zhǎng)、加工過程中就已決定，因此在實(shí)際工作中，人們往往比較注重回潮率對(duì)公量多少的影響，卻很少去注意回潮率與品質(zhì)檢驗(yàn)的關(guān)系。但事實(shí)上，棉花的回潮率對(duì)其品質(zhì)檢驗(yàn)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(qiáng)力增大；回潮率過低，則棉纖維彈性增大，光澤上升，而強(qiáng)力下降，從而對(duì)棉花的正確定級(jí)產(chǎn)生誤導(dǎo)。在籽棉水分控制上，GBl103l999棉花細(xì)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(shí)淡薄，采摘露水花，不曬交售。露水花的籽和纖維都會(huì)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(gòu)籽棉(占收購(gòu)數(shù)量80%)進(jìn)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(dá)20%30%。而收購(gòu)加工企業(yè)敞開收購(gòu)，收購(gòu)水分標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重后果。超水分籽棉對(duì)棉花質(zhì)量的危害在于棉花收購(gòu)、加工、儲(chǔ)存各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)皮棉質(zhì)量造成相當(dāng)大的影響。從籽棉收購(gòu)環(huán)節(jié)看，收購(gòu)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(yùn)動(dòng)速度越快，有時(shí)棉堆內(nèi)部溫度可達(dá)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(huì)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(jí)。當(dāng)超水籽棉溫度達(dá)到一定程度后，纖維開始炭化，甚至可引起自燃火災(zāi)。從加工環(huán)節(jié)看，籽棉如果超過l2%的水分，機(jī)械就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是軋花機(jī)。當(dāng)籽棉形成棉卷后，由于籽棉水分過高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易板結(jié)而造成停車，不可能形成蓬松棉卷狀態(tài)，常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(duì)纖維有損傷，并會(huì)使衣分不正常，增加了短纖、棉結(jié)等雜質(zhì)。一般來講，相同等級(jí)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(gè)級(jí)的差別。從儲(chǔ)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(shí)間后會(huì)形成板結(jié)、棉纖維泛黃等質(zhì)量變異，嚴(yán)重影響皮棉質(zhì)量和使用價(jià)值。棉花水分測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法是烘干失重法。這種方法測(cè)量準(zhǔn)確，重復(fù)性好，但需要天平、烘箱等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只宜用于實(shí)驗(yàn)室使用，不能滿足棉花收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。近年來，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以電測(cè)法為代表的棉花水分快速檢測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，新型棉花水分快速測(cè)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(guó)棉花收購(gòu)長(zhǎng)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(guó)家的棉花收購(gòu)質(zhì)量。本課題根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)上的棉花水分測(cè)試儀存在不足之處，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。1.2課題研究的目的和意義隨著技術(shù)的不斷革新，新型電子產(chǎn)品不斷的問世，市場(chǎng)上現(xiàn)有的棉花水分測(cè)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(cè)定儀是根據(jù)GB6102.2-85電測(cè)器法的有關(guān)規(guī)定,在保持傳統(tǒng)電測(cè)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(jī)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(dǎo)體溫度傳感器代替熱敏電阻,用快速推拉式機(jī)構(gòu)（霍爾傳感器自動(dòng)判斷壓力到位）代替?zhèn)鹘y(tǒng)螺旋式壓力器等,實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)試、溫度自動(dòng)補(bǔ)償、數(shù)碼顯示、語音提示換檔和顯示測(cè)試結(jié)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(shí)重量和棉纖維的物理、化學(xué)性能，對(duì)棉花生產(chǎn)、收購(gòu)、初加工、運(yùn)輸儲(chǔ)存及紡織使用等方面，都有密切的關(guān)系，因此,原棉水分測(cè)定是棉花檢驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),但原棉水分受環(huán)境影響大,測(cè)試結(jié)果隨機(jī)性強(qiáng),因此,選擇性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、測(cè)量準(zhǔn)確、使用方便的測(cè)量?jī)x器,對(duì)嚴(yán)格收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn),確保棉檢部門的權(quán)威性和公正性具有重要意義。1.3國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1991年，人們對(duì)電阻式水分儀的測(cè)試方法開始進(jìn)行考證，目的是為了提高常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3這種測(cè)試儀的測(cè)試準(zhǔn)確度。通過這項(xiàng)研究，又派生出了一種新型的電阻式水分測(cè)試儀，這種新型的水分測(cè)試儀的測(cè)量精度至少達(dá)到了烘箱式測(cè)水法的測(cè)量精度。它的測(cè)值準(zhǔn)確，并且在分級(jí)室的條件下，它使用可靠。Anthony和Byler先生于1994年對(duì)目前所用于扎花廠水分測(cè)試的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試研究，人們尋求一種價(jià)格較為便宜的替代品（測(cè)試儀）-復(fù)阻抗式水分測(cè)試儀，這種型式的測(cè)試元件可用于水分自動(dòng)控制系統(tǒng)。1995年一種電池供電便攜式水分測(cè)試儀研究出廠并且經(jīng)過了測(cè)試值校正和檢驗(yàn)。這種儀器功耗比較低，主要用于自動(dòng)化測(cè)試室或扎花廠，但是它沒有配置顯示裝置，只能將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)計(jì)算機(jī)上去貯存和顯示。2002年7月，誕生了基于電阻測(cè)量原理的新型棉花水分在線自動(dòng)測(cè)量?jī)x。2004年，研制出了MWS型原棉水分測(cè)定儀。目前，電阻式水分測(cè)試儀已經(jīng)用于扎花廠、棉花收購(gòu)、棉檢部門多年。國(guó)內(nèi)最常見的測(cè)試方法有兩種:烘箱法和直流電阻法。利用烘箱法測(cè)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(dāng)重量烘干不變時(shí),即為棉花的干重。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,烘箱應(yīng)使用通風(fēng)烘箱,供給預(yù)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(guó)內(nèi)的烘箱主要為Y802型和Y802A型兩種,Y802型恒溫烘箱是對(duì)流式通風(fēng)箱,通風(fēng)良好,缺點(diǎn)是箱內(nèi)溫度差異較大,在稱重時(shí)有氣流影響,但基本上滿足通風(fēng)的要求。Y802A型恒溫烘箱是半封閉式烘箱,烘箱內(nèi)用一個(gè)風(fēng)扇推動(dòng)空氣在箱內(nèi)流動(dòng),箱內(nèi)外通風(fēng)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(duì)溫度偏高,測(cè)得回潮率偏低。烘箱法測(cè)量棉纖維回潮率的實(shí)驗(yàn)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(jì)的接觸點(diǎn)在規(guī)定范圍。開啟烘箱電源總開關(guān),供烘箱內(nèi)加熱。2、取一個(gè)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(shí)動(dòng)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(shí)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(shí)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文47、應(yīng)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(jì)算棉纖維的回潮率大小。烘箱法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確、一般不受環(huán)境條件的影響。烘箱法的缺點(diǎn)是“耗能、費(fèi)時(shí)”(功耗2.75kW，每次試驗(yàn)時(shí)間至少3小時(shí))，故不能滿足快速測(cè)試和纖維收購(gòu)部門收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的需要。Y412系列原棉水分測(cè)試儀采用直流測(cè)試技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)原棉回潮率的快速測(cè)試，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的快速測(cè)濕儀。但是，Y412系列原棉水分測(cè)試儀采用直流測(cè)試技術(shù)且利用表頭