為實現(xiàn)自走式青飼機質(zhì)量流量的在線測量,提出基于電容法的在線檢測方法,并設(shè)計相應(yīng)的電容傳感器。以電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片AD7745以及51單片機為核心設(shè)計電容信號采集電路,實現(xiàn)電容信號的在線采集。搭建室內(nèi)試驗臺架,進行相關(guān)的臺架試驗,建立電容值變化量與青飼料質(zhì)量流量和青飼料含水率之間的二元回歸模型,模型決定系數(shù)R²為0.942,并對模型進行驗證試驗。試驗結(jié)果表明:所設(shè)計的電容傳感器以及所建立的關(guān)系模型能夠較為準確地測量青飼料的質(zhì)量流量,質(zhì)量流量測量的平均相對誤差為3.52%。 

【文章來源】：中國農(nóng)機化學(xué)報. 2020,41(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

青貯飼料質(zhì)量流量傳感器設(shè)計圖

常用的電容信號采集調(diào)理電路包括直流充放電電路,交流充放電電路以及基于電容數(shù)字轉(zhuǎn)換的微電容檢測電路[14-16]。交流充放電電路通過振蕩器饋入交流電壓,電容傳感器通過電阻器饋送AC電壓,然后在AC/DC整流模塊中對AC輸出電壓進行整流,并通過電壓放大器進行放大,放大的電壓在電壓/頻率轉(zhuǎn)換器中按比例轉(zhuǎn)換成頻率,頻率脈沖的計數(shù)值通過微型計算機傳輸?shù)絇C并保存,這種信號采集調(diào)理電路分立元件較多,會增加寄生電容的影響,降低測量精度。直流充放電電路盡管電路簡單,可采用成本較低的CMOS工藝實現(xiàn)集成,但其采用直流電源,放大后的漂移問題嚴重,影響測量效果�；陔娙輸�(shù)字轉(zhuǎn)換的微電容檢測電路將電容信號采集調(diào)理電路集成化,減少寄生電容的影響,這樣會大大增加測量精度。AD7745作為一款高分辨率、Σ-Δ型電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC),在一些微電容測量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文利用AD7745與51單片機搭建電容信號采集調(diào)理電路。采集調(diào)理電路如圖2所示。為獲得最佳結(jié)果,應(yīng)將PCB走線與CIN引腳屏蔽開來,并將屏蔽體連接到AD7745 SHLD引腳。2.3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括下位機軟件設(shè)計以及上位機軟件設(shè)計。下位機軟件功能主要包括片內(nèi)以及外設(shè)初始化程序,I2C通信程序、電容數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序以及串口通信程序。程序執(zhí)行總流程如圖3所示。系統(tǒng)接通電源之后,進行一系列初始化,向AD7745發(fā)送一系列命令控制字,完成AD7745內(nèi)部寄存器的配置,設(shè)置工作模式、單端輸入以及采樣速率。設(shè)置完成之后,開始進行電容轉(zhuǎn)換,并將采集到的電容數(shù)字量通過I2C總線傳入到51單片機中。傳入51單片機中的數(shù)值是一個3個字節(jié)24位的十六進制數(shù)值信號,需要轉(zhuǎn)換為表示電容值實際大小的十進制形式,得到的實際電容值再由串口傳至上位機軟件LabVIEW,顯示電容值的實時波形。


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