阅读说明：本技术 一种谷物含水率在线检测方法及系统 (Grain water content online detection method and system ) 是由 刘政 金诚谦 李泽峰 杨腾祥 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：一种谷物含水率在线检测方法及系统,该方法包括以下步骤：设置谷物紧实度阈值Pm；采用温度传感器和谷物紧实度传感器检测极板电容器内所容纳的谷物温度T和紧实度P,并将检测信号输出至MCU处理器；当实时谷物紧实度P超过谷物紧实度阈值Pm时,启动多谐振荡器获取方波频率F,输出至MCU处理器；启动电机驱动搅龙将电容器内所容纳的谷物移除；获取实时的谷物含水率Hr。本发明提供谷物含水率在线检测方法及系统,该方法能够快速经济的完成谷物含水率的检测,同时,检测精度相较于传统电容法也大幅提升。(An online detection method and system for grain moisture content are provided, the method comprises the following steps: setting a grain compactness threshold value Pm; detecting the temperature T and the compactness P of grains contained in the polar plate capacitor by adopting a temperature sensor and a grain compactness sensor, and outputting a detection signal to an MCU processor; when the real-time grain compactness P exceeds a grain compactness threshold Pm, starting a multivibrator to obtain a square wave frequency F, and outputting the square wave frequency F to an MCU processor; starting a motor to drive an auger to remove the grains contained in the capacitor; and acquiring the real-time water content Hr of the grains. The invention provides an online detection method and system for the moisture content of grains, the method can quickly and economically finish the detection of the moisture content of grains, and meanwhile, the detection precision is greatly improved compared with that of a traditional capacitance method.)

一种谷物含水率在线检测方法及系统

技术领域

本发明涉及智能农业领域，尤其是对收割机收获的谷物进行含水率检测的方法，更具体说是一种联合收割机谷物含水率在线检测装置以及取样机构。

背景技术

目前，谷物含水率的检测方法有多种，主要分为电容法、电阻法、卡尔菲休法、核磁共振法、微波法、声学法、红外线和电烘箱法等方法。目前在谷物水分的实时检测中，电容法和电阻法应用的最为广泛但检测精度普遍不高，电烘箱法主要用于实验室谷物干燥与含水率标定，其余方法由于结构复杂或价格昂贵应用较少。

发明内容

为解决电容法测量谷物含水率精度不高、准确度低的问题，本发明提供谷物含水率在线检测方法及系统，该方法能够快速经济的完成谷物含水率的检测，同时，检测精度相较于传统电容法也大幅提升。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种谷物含水率在线检测方法，该方法包括以下步骤：S1、设置谷物紧实度阈值Pm；

S2、采用温度传感器和谷物紧实度传感器检测极板电容器内所容纳的谷物温度T和紧实度P，并将检测信号输出至MCU处理器；

S3、当实时谷物紧实度P超过步骤S1设置的谷物紧实度阈值Pm时，启动多谐振荡器获取方波频率F，输出至MCU处理器；启动电机驱动搅龙将电容器内所容纳的谷物移除；

S4、获取实时的谷物含水率Hr。

进一步地，步骤S4中：

当待测谷物为水稻时，水稻的含水率Hr采用下述公式：

Hr＝-513.2940+0.0014T³-0.3332T²+24.8893T+0.0001F³-0.1618F²+

17.8358F+0.0041T²F+0.0038TF²-0.6164TF，

当待测谷物为小麦时，小麦的含水率Hr’采用下述公式：

Hr’＝-0.68122F-0.13344T+55.41621。

进一步地，方波频率F为信号频率对500取整的编码值。

进一步地，极板电容器由两片相同的平行覆铜板组成。

进一步地，两片覆铜板的有效正对面积2500-3500mm²，厚度均为1.5-1.7mm。

进一步地，所述的两片覆铜板的有效正对面积2996mm²，厚度均为1.6mm。

一种谷物含水率在线检测方法所采用的装置，该装置包括：传感器单元、极板电容器、频率检测电路和MCU处理器，所述极板电容器用于容纳待测谷物，极板电容器连接频率检测电路的信号输入端相连，传感器单元包括温度传感器和谷物紧实度传感器，用于检测极板电容器内所容纳待测谷物的实时温度和谷物紧实度，前述频率检测电路的频率输出和传感器单元的信号输出均与MCU处理器的对应信号输入端相连。

进一步地，所述的频率检测电路包括多谐振荡器、电容C8、和电阻R2、R3，所述的多谐振荡器的引脚CVolt连接滤波电容C8之后接地，多谐振荡器的引脚R和引脚DIS之间并接电阻R2，引脚THR和引脚DIS之间并接电阻R3，多谐振荡器的引脚THR和电阻R3之间的连接点接连接端子J1，该端子用于与极板电容器的一个极板连接，极板电容器的另一个极板通过连接端子J2接地。

进一步地，多谐振荡器包括RS触发器和放电开关。

一种谷物含水率在线检测系统，该系统包括：

阈值设置模块，用于设置谷物紧实度阈值Pm；

参数获取模块：采用温度传感器和谷物紧实度传感器检测极板电容器内所容纳的谷物温度T和紧实度P，并将检测信号输出至MCU处理器；

频率采集模块：当实时谷物紧实度P超过步骤S1设置的谷物紧实度阈值Pm时，启动多谐振荡器获取方波频率F，输出至MCU处理器；启动电机驱动搅龙将电容器内所容纳的谷物移除；

含水率获取模块：获取实时的谷物含水率Hr。

本发明的有益效果：

本发明为解决电容法测量谷物含水率精度不高、准确度低的问题，提出的一种增强型的电容式谷物含水率检测方法。该方法是一种基于频率特性响应的谷物含水率在线检测方法，能够快速经济的完成谷物含水率的检测，同时，检测精度相较于传统电容法也大幅提升。

本发明的其它特征和优点将在随后

具体实施方式

部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明的原理框图。

图2示出了频率检测电路的原理图。

图3示出了含水率拟合效果图。

图4示出了含水率检测验证效果图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本发明提供一种谷物含水率在线检测方法，该方法包括以下步骤：S1、设置谷物紧实度阈值Pm；

S2、采用温度传感器和谷物紧实度传感器检测极板电容器内所容纳的谷物温度T和紧实度P，并将检测信号输出至MCU处理器；

S3、当实时谷物紧实度P超过步骤S1设置的谷物紧实度阈值Pm时，启动多谐振荡器获取方波频率F，输出至MCU处理器；启动电机驱动搅龙将电容器内所容纳的谷物移除；

S4、获取实时的谷物含水率Hr；

当待测谷物为水稻时，水稻的含水率Hr采用下述公式：

Hr＝-513.2940+0.0014T³-0.3332T²+24.8893T+0.0001F³-0.1618F²+

17.8358F+0.0041T²F+0.0038TF²-0.6164TF，

当待测谷物为小麦时，小麦的含水率Hr’采用下述公式：

Hr’＝-0.68122F-0.13344T+55.41621。

其中，方波频率F为信号频率对500取整的编码值。

进一步地，极板电容器由两片相同的平行覆铜板组成；两片覆铜板的有效正对面积2500-3500mm²，优选2996mm²；厚度均为1.5-1.7mm，优选1.6mm。

如图1所示，一种谷物含水率在线检测方法所采用的装置，该装置包括：传感器单元、极板电容器、频率检测电路和MCU处理器，所述极板电容器用于容纳待测谷物，极板电容器连接频率检测电路的信号输入端相连，传感器单元包括温度传感器和谷物紧实度传感器，用于检测极板电容器内所容纳待测谷物的实时温度和谷物紧实度，前述频率检测电路的频率输出和传感器单元的信号输出均与MCU处理器的对应信号输入端相连。

进一步地，所述的频率检测电路包括多谐振荡器、电容C8、和电阻R2、R3，所述的多谐振荡器的引脚CVolt连接滤波电容C8之后接地，多谐振荡器的引脚R和引脚DIS之间并接电阻R2，引脚THR和引脚DIS之间并接电阻R3，多谐振荡器的引脚THR和电阻R3之间的连接点接连接端子J1，该端子用于与极板电容器的一个极板连接，极板电容器的另一个极板通过连接端子J2接地；多谐振荡器包括RS触发器和放电开关。

一种谷物含水率在线检测系统，该系统包括：

阈值设置模块，用于设置谷物紧实度阈值Pm；

参数获取模块：采用温度传感器和谷物紧实度传感器检测极板电容器内所容纳的谷物温度T和紧实度P，并将检测信号输出至MCU处理器；

频率采集模块：当实时谷物紧实度P超过步骤S1设置的谷物紧实度阈值Pm时，启动多谐振荡器获取方波频率F，输出至MCU处理器；启动电机驱动搅龙将电容器内所容纳的谷物移除；

含水率获取模块：获取实时的谷物含水率Hr。

具体实施时：

选取90个含水率不同的小麦样本各两份，其中一组90个含水率不同的样本采用烘干法测定其标准含水率，另外一组90个对应含水率的样本在温湿度可调的试验仓内进行含水率检测，记录检测频率、温度和紧实度等数据，并对数据进行拟合标定，拟合效果如图3所示，通过对21个样本数据进行再次测量验证，验证结果如图4所示，检测性能良好。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。