專利名稱：高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及棉纖維水分檢測系統(tǒng)，特別是一種高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀。
背景技術(shù)：
棉纖維的含水率是影響棉花加工質(zhì)量的一個關(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)重要控制參考量。棉花水分的測定方法可以分為直接法和間接法兩大類。由于間接法具有快速及可連續(xù)測定的特點(diǎn)，因此多年來得到了不斷的發(fā)展，是國內(nèi)外棉花水分測量儀主流。典型的棉花水分間接測量儀有微波式、紅外線式、CCD (黑白攝像)式、電容式和電阻式。我國目前使用的棉花水分測定儀，基本上是一九五六年研制的電阻式測定儀，存在著操作繁瑣，體積較大，攜帶不方便，顯示不直觀等缺陷。因此研制一種從根本上解決以上缺陷的儀器，已勢在必行。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了提供一種在棉花加工過程中檢測含水率的高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀，從根本上解決現(xiàn)有棉花水分測定儀存在的操作繁瑣，體積較大，攜帶不方便，顯示不直觀等問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀，包括測量傳感器、參考電容、數(shù)字溫度傳感器、單片機(jī)、上位機(jī)和顯示模塊，其特征在于還具有阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路和RS485通訊模塊；所述測量傳感器為待測電容，待測電容為變介電常數(shù)式可變電容器；所述待測電容和參考電容分別接入阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路，則所述待測電容和參考電容分別產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號的脈沖數(shù)與電容的容值負(fù)相關(guān)，兩列脈沖序列的脈沖數(shù)之差與待測物料的水分正相關(guān)；所述數(shù)字溫度傳感器與所述阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路分別連接到所述單片機(jī)的輸入端， 則所述單片機(jī)通過計(jì)數(shù)器檢測到所述阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的脈沖數(shù)之差，并將此數(shù)連同所述數(shù)字溫度傳感器產(chǎn)生的溫度測量值通過RS485通訊模塊的串行總線傳送給所述上位機(jī)；所述上位機(jī)可通過RS485/RS232轉(zhuǎn)換模塊接受最多256個下位水分傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)值進(jìn)行歸一化處理后，再進(jìn)行非線性校正和溫度補(bǔ)償，產(chǎn)生棉花的水分測量值，最后通過顯示模塊顯示。所述阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路是利用一片CMOS定時器TLC555，配上HS1100和兩個電阻
構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號。所述上位機(jī)對歸一化處理后的數(shù)值進(jìn)行非線性校正和溫度補(bǔ)償時，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；所述BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)矩陣和閾值向量可通過離線訓(xùn)練和在線修正的方法獲得；檢測系統(tǒng)采用了利用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離線訓(xùn)練的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件校正和補(bǔ)償，網(wǎng)絡(luò)的輸入為水分傳感器的測量輸出的歸一化數(shù)值，網(wǎng)絡(luò)的輸出值為棉花的水分。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及積極的技術(shù)效果是該儀器采用阻容脈沖轉(zhuǎn)換(RC/F)， RS485通訊模塊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水分傳感器的“全程數(shù)字化”，工作效率高、不傷棉花、便于攜帶、硬件結(jié)構(gòu)簡單、大大降低了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性，功能強(qiáng)大、精度高、可靠性高，大大提高了檢測信號的抗干擾能力。

下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1是本實(shí)用新型棉花水分檢測系統(tǒng)硬件原理框圖；圖2是阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路原理圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。該檢測儀適用于棉花加工過程中棉花中水分含量的檢測，以達(dá)到棉花加工的質(zhì)量監(jiān)控的目的。工作時，當(dāng)電容傳感器以棉花為介質(zhì)時隨棉花水分的變化導(dǎo)致電容的電容值不同這一特點(diǎn)來進(jìn)行棉花(籽棉)含水率的非電量轉(zhuǎn)換。高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示主要由測量傳感頭 (待測電容)、參考電容、阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路、單片微機(jī)、RS485通訊模塊、數(shù)字溫度傳感器、 上位計(jì)算機(jī)等組成。待測電容和參考電容分別接入阻容轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)阻容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換出的兩個脈沖信號送入單片機(jī)，數(shù)字溫度傳感器連在單片機(jī)上，上位機(jī)和單片機(jī)之間通過 RS485總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，上位機(jī)將數(shù)據(jù)處理后在顯示模塊上顯示。阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路是利用一片CMOS定時器TLC555，配上HS1100和兩個電阻Rl、R2構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號。元器件型號測量傳感頭HS1100，阻容轉(zhuǎn)換電路采用555為核心芯片，上位機(jī)和單片機(jī)采用SPCE061A-PLCC84，數(shù)字傳感器DS18B20。該高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀的工作過程待測電容和參考電容分別產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號的脈沖數(shù)與電容的容值負(fù)相關(guān)，一定時間內(nèi)兩列脈沖序列的脈沖數(shù)之差與待測物料的水分正相關(guān)；單片機(jī)通過計(jì)數(shù)器檢測在一定時間內(nèi)的脈沖數(shù)差，將此數(shù)連同數(shù)字溫度傳感器產(chǎn)生的溫度測量值通過RS485串行總線發(fā)給上位機(jī)。上位機(jī)可同時通過 RS485/RS232轉(zhuǎn)換模塊接受最多256個下位水分傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)值進(jìn)行歸一化處理后， 再進(jìn)行非線性校正和溫度補(bǔ)償產(chǎn)生棉花的水分測量值，在顯示模塊即液晶顯示屏上顯示。本申請中上位機(jī)對歸一化處理后的數(shù)值進(jìn)行非線性校正和溫度補(bǔ)償時，采用BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)矩陣和閾值向量可通過離線訓(xùn)練和在線修正的方法獲得；檢測系統(tǒng)采用了利用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離線訓(xùn)練的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件校正和補(bǔ)償，網(wǎng)絡(luò)的輸入為水分傳感器的測量輸出的歸一化數(shù)值，網(wǎng)絡(luò)的輸出值為棉花的水分。
權(quán)利要求1.一種高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀，包括測量傳感器、參考電容、數(shù)字溫度傳感器、單片機(jī)、上位機(jī)和顯示模塊，其特征在于還具有阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路和RS485通訊模塊；所述測量傳感器為待測電容，待測電容為變介電常數(shù)式可變電容器； 所述待測電容和參考電容分別接入阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路，則所述待測電容和參考電容分別產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號的脈沖數(shù)與電容的容值負(fù)相關(guān)，兩列脈沖序列的脈沖數(shù)之差與待測物料的水分正相關(guān)；所述數(shù)字溫度傳感器與所述阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路分別連接到所述單片機(jī)的輸入端，則所述單片機(jī)通過計(jì)數(shù)器檢測到所述阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的脈沖數(shù)之差，并將此數(shù)連同所述數(shù)字溫度傳感器產(chǎn)生的溫度測量值通過RS485通訊模塊的串行總線傳送給所述上位機(jī)；所述上位機(jī)可通過RS485/RS232轉(zhuǎn)換模塊接受最多256個下位水分傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)值進(jìn)行歸一化處理后，再進(jìn)行非線性校正和溫度補(bǔ)償，產(chǎn)生棉花的水分測量值，最后通過顯示模塊顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀，其特征在于所述阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路是利用一片CMOS定時器TLC555，配上HS1100和兩個電阻構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號。
專利摘要一種高精度數(shù)字化棉花水分智能檢測儀，從根本上解決現(xiàn)有棉花水分測定儀存在的操作繁瑣，體積較大，攜帶不方便，顯示不直觀等問題。它包括測量傳感器、參考電容、數(shù)字溫度傳感器、單片機(jī)、上位機(jī)和顯示模塊，其技術(shù)要點(diǎn)是還具有阻容脈沖轉(zhuǎn)換電路和RS485通訊模塊。該儀器采用阻容脈沖轉(zhuǎn)換(RC/F)，RS485通訊模塊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水分傳感器的“全程數(shù)字化”，工作效率高、不傷棉花、便于攜帶、硬件結(jié)構(gòu)簡單、大大降低了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性，功能強(qiáng)大、精度高、可靠性高，大大提高了檢測信號的抗干擾能力。
文檔編號G01N27/22GK202033322SQ20112011287
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉媛媛, 廖結(jié)安, 張洪洲, 李建軍, 王偉 申請人:塔里木大學(xué)