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具有语音提示功能的粮食水分测试仪 测试仪产品介绍

发布时间:2022-12-13 08:30:01人气:
摘要:利用台湾凌阳公司新一代16 位单片机SPCE061A 的快速数据处理能力和具有语音功能的特点,结合粮食的介电特性,设计出智能化的粮食水分测试仪。该测试仪采用电容测量法,对测量信号的非线性和温度漂移进行了数字化的修正和补偿。并根据测试结果判断是否与标准值一致,进行语音提示。关键词:语音提示; 介电特性; SPCE061A 单片机中图分类号:TP93412 文献标识码: B 文章编号: 100327241 (2004) 11200672031 引言粮食中的水分按物理性质可分为结合水(结晶水) 和游离水(自由水) 。结合水是在粮粒生长过程中自然形成的,存在于粮食细胞内与粮粒内亲水物质结合得很牢固,性质很稳定,难以解吸,结合水不参加导电;游离水是通过物理吸附作用凝聚在粮食内部的毛细管内和分子间隙中的水分,它具有普通水的导电性质,平时检测指示的水分指的是游离水。如果不加选择地购进和储藏粮食,必然会影响粮食的储藏周期,导致粮食的过早发霉、变质、腐烂,因此必须时刻在意粮食的水分含量,本文根据粮食的介电特性,利用凌阳科技公司的SPCE061A 单片机的快速运算与处理数据的能力和语音功能的特点,设计了完整的测试方案,它具有低功耗、便于携带、具有语音提示功能、操作方便、人机界面友好等特点,可广泛地应用于粮食的调拨、征购、储藏、加工等环节中。2 SPCE061A 单片机简介SPCE061A 是台湾凌阳科技公司推出的一款以μ nSPTM为核心的基于SOC(System On Chip) 技术的16 位单片机。SPCE061A中包括2K字节的SRAM和32K字节的闪存ROM; 32 位可编程的多功能I/ O 端口;两个16 位可编程定时器/ 计数器;14 个中断源,两级优先级,三种中断类型;32768Hz 实时时钟;低电压复位/监测功能;可编程的看门狗功能;7 通道10 位A/ D 输入和单通道内置麦克风放大器和自动增益控制AGC 功能的声音A/ D 转换器;双通道10 位D/ A 音频转换器;具有ICE( In Circuit Emula2tion) 接口,能够方便的实现在线仿真和程序的下载; SPCE061A在2. 6~3. 6V 工作电压范围内的工作频率范围为0. 32~49.152MHz ,较高的数据处理速度使SPCE061A 能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号, SPCE061A 能够实现用于处理数字信号的16 位3 16 位的内积运算,因此非常适合于数字语音识别和应用领域。凌阳的指令系统采用精简指令集,它以字为单位,从而格式紧凑、灵活;执行时间短。由此可见,SPCE061A 是一款以单片机的价格获得DSP 处理速度的具有高性价比的单片机。3 系统软硬件设计3. 1 系统的硬件设计系统的硬件结构图如图1 所示:

图1 硬件结构图

数字温度传感器采用DALLAS 公司的单总线器件DS18B20 ,用于补偿环境温度对粮食内部水分的影响,环境温度直接以“一线总线”的数字方式传输,省去了温度传感器的放大处理等环节,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。同时它只占用单片机的一个端口,节约了系统的硬件资源,因此具有较高的性价比。粮食水分的测试通常采用电阻法和电容法,由于非金属干燥物质的电阻很大,通常能达到几十到几百兆欧,要使这样大的电阻流过电流必须在检测电极两端加上高电压,即使这样获得的电流也只是微安级的,必须要经过放大等处理措施,因此用电阻法检测获得的测量信号微弱,影响测量精度。本电路采用电容法进行测量, 经过实验的反复验证,水分传感器采用圆柱形容器测量粮食的含水量比平板式容器要准确些,操作也较方便,测量值受边缘效应影响较小。信号调理电路采用555 芯片构成的非重复触发的单稳触发电路,如图2 所示:

图2 信号调理电路

粮食中的水分含量越大,粮食的介电常数就越大,电容值就越大。电容与水分存在一定的函数关系,同时在单稳触发电路中,输出的脉冲宽度Tpo = RCln3 ,其中C 就是要测的电容值,因此水分与脉冲宽度存在函数关系,只要测出脉冲宽度就可获得粮食水分的含量。信号的采样波形如图3 所示。脉宽的测量由单片机的外中断和定时中断来完成,由于SPCE061A 的EXT1 和EXT2 均为负跳沿触发中断, 因此在555 的输出端加一级反相器,EXT1 中断采样输出信号的上跳沿,然后再经过一级反相器,EXT2 采样输出信号的下跳沿。两者采样的时间差就是脉冲宽度。时间差的计算可由单片机的定时中断来实现,在EXT1 的中断程序里开启定时中断,在EXT2 的中断程序里关闭定时中断。电路中的同步触发信号来自单片机的输出控制端口使采样和计时保持同步,提高系统的测量精度。

图3 信号采样波形

为了降低功耗,系统采用图形点阵式LCD 显示。相应的数据线和控制线与SPCE061A 的16 位并行A 口连接,用来显示测量的粮食的种类、每次测量的数值、次数、平均值,以及测量的修正值。整个人机界面清晰、明确。按键输入部分由品种选择键、修正值输入键、保存键、测试键、平均键、清除键等组成,根据需要,可测量大米、小麦、高粱等不同种类的粮食。SPCE061A 的音频输出采用双通道的DAC 方式,即数字信号通过10 位DAC 转换成3mA 驱动电流的模拟输出,语音提示信号输出经过驱动放大以后,通过扬声器输出。3. 2 系统软件设计粮食水分测试仪是具有区域特色的产品,它对不同地区的粮食作物具有不同的测量基准值,因此在测试之前,需要根据不同的粮食种类,在不同的状态下建立起标准的数据库,这些数据可以预先存入系统中,也可以由用户根据标准现场设定。这样在测试时就与标准值进行比较,判断是否合乎标准。软件采用模块化设计,包括初始化程序、键盘扫描、温度采样、水分采样中断处理、测量数据线性化和温度漂移的补偿的数据处理、语音提示等模块。主程序负责整个系统的协调与控制工作,通过调用不同的模块完成相应的工作。本测试仪以每个品种10 次随机采样的算术平均值作为测量结果,有效地提高了测量的准确性和重复性。在测试完成后就输出语音提示,判断所测试的水分为多少并且是否合格。主程序的流程图如图4 所示:

图4 主程序流程图

4 语音提示系统工作试验方法SPCE061A 的音频输出有两种方式,一种是音调输出方式,另一种是语音输出方式,两者的区别在于输出的控制机理不同。前者是通过控制定时器溢出所产生的不同频率来决定声波振动次数的多少,从而决定发出的声音音调的高低;后者是用与声音数据采样率相同的速率将声音数据通过数模转换通道还原成音频电压或电流输出,其中声音数据采样率决定了声音音质的好坏,并决定了声音数据所需要占据的存储空间[3 ] 。提示语音的输入可以采用两种方式:一是通过PC 机的声卡,用麦克风采集语音的3 .wav 文件;二是用SPCE061A 系统采集语音信号,通过通信模块将语音信号传送到PC 机上保存。第二种方式*,因为它能保证语音特征的一致性,从而减少硬件系统不一致带来的误差。不管采用哪种方式, 3 . wav 文件占用的存储空间很大,对于微控制器来说想要存储大量的语音信息显然是不可能的,必须将音频文件压缩。为了方便用户使用, 凌阳公司的SPCE061A 提供了各种音频压缩编码的算法和API 函数库,即SACM- LIB。用户只须了解每个模块所要实现的功能及参数的内容,然后调用该API 函数即可实现该功能。凌阳科技公司提供三种不同压缩率的语音提示的算法,表1 是各种压缩算法名称及编码率类型。

表1 SPCE061A 的语音压缩算法及编码率类型

这三种压缩算法的区别在于压缩率不同、音质也不同。SACM A2000 压缩率相对较小,音质较好,相应的资源占用较多。SACM S240 的压缩率*大,音质相对较差。SACM S480介于这两者之间。本系统在没有扩展存储器的情况下,采用SACM S240 方式,它可容纳210 秒的语音数据。语音播放子程序包括语音播放程序和服务中断程序,语音播放程序主要完成D/ A 转换器、TIMERA 定时器和音量的初始化,从ROM里取出预先压缩好的语音数据,解压缩后存放在播放队列中,中断服务程序定时地从播放队列中读取数据,从D/ A 转换器转换后送扬声器发出声音。播放程序如下:Sound :_proc ;r1 = 1 ;call F_SACM_S240_Initial ;r1 = 8 ;call F_SACM_S240_Volume ;r1 = [ Speech_1 ] ;r2 = dac1 ;r3 = Ramp_UpDn_On ;call F_SACM_S240_Play ;LOOP;call F_SACM_S240_ServiceLoop[ syg1 ] ;call F_SACM_S240_Status ;test r1 ,0x0001 ;jz Sound_End ;jmp LOOP;Sound_End ;retf ;endp ;5 实验测试结果本测试仪采用浮动三点定标法对各种不同种类的粮食预先定标,用户在使用时可直接测量,以小麦为例,在不同的水分情况下,实测值与标准值的数据比对如表2 所示:

表2 实测值与标准值的比对

经过非线性补偿和误差修正,本测试仪的测量误差≤±0.5 % ,测量的水分范围为3~35 % ,重复误差≤0. 1 % ,使用的温度范围为0~40 ℃。基本上达到国内外同类先进产品的技术指标。可适用于多种种类的粮食水分测量,具有比较广阔的市场前景。参考文献[1 ] 薛钧义,等. 凌阳十六位单片机试验方法及应用[M] . 北京:北京航空航天大学出版社,2003 ,2[2 ] 张永林,等. 粮食水分在线测量技术评述[J ] . 武汉工业学院学报,2003 , (12) :36 - 40[3 ] 李晶姣. 嵌入式语音技术及凌阳16 位单片机应用[M] . 北京:北京航空航天大学出版社,2003 ,11 真空度测试仪的注意事项

真空开关真空度测试仪在之间能准确测量,现场测试不用拆卸真空开关,真空开关真空度测试仪带有RS232通讯接口,可以连接计算机实现真空度-离子电流曲线下载、寿命估计等多种功能,真空开关真空度测试仪以其独特的优点得到了广泛的推广和应用。

真空度测试仪的使用注意事项

在开机之前请先接好所有测试连接线,如打印机连接线;

测量前,请检查管型是否适合所检测的真空管,以便准确测量。

开机、关机及测量时,不要触及高压线和磁控电流线,以防触电。

仪器在使用过程中,如发现线圈发出异常响声,应考虑测试线短路或接触不良,或者空气十分潮湿,或真空断路器表面罩有灰尘等因素。

请不要使用汽油、香蕉水等化学剂擦拭机器,而应使用柔软干燥的布。

请确认当地电网电压是否与本机供电电压相符。

交流220±10% 50/60HZ

请注意不要在雷雨的情况下使用机器。

请不要破伤随机所带的线缆,以确保使用安全。

仪器出现故障时,非专业技术人员严禁擅自打开仪器进行检修。

严禁高压端直接或间接对地断路。

常规磁控放电测试灭弧室的真空度时,为了提高其测试灵敏度,需从断路器上卸下灭弧室,并置于螺线管线管内。这样一来,灭弧室在重新装回断路器时需要调整机械参数,工作量很大并需专业人员。

而使用新型磁控线圈可以从侧面包围灭弧室,这样就不必拆卸灭弧室。而采用单片微机进行同步控制与数据采集处理,提高了灭弧室真空度的现场测试灵敏度。

传统的检测方法是“耐压法”,即真空开关处于开断状态下,在动静触头之间施加一定的电压,检测其泄漏电流的大小,由此推断真空管的好坏。

这种方法的优点是:操作简单;缺点是:只能定性地检测真空管的好坏;而且真空度在10-5~10-1Pa之间无法准确分辨,所以无法判断泄漏的发展趋势(即同一个真空开关和上次相比有多大程度的泄漏)。

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  防潮包装广泛应用于机械、电子、食品、医药、日化等领域,是产品在流通过程中免受水蒸气侵害所采取的保护措施中常用的一种形式。防潮包装对于防止内容物生锈、变质起着重要的作用。GB/T 5048-1999《防潮包装》标准对于防潮包装的等级以及检测方法都进行了明确的规定。Labthink兰光作为检测仪器与检验服务的提供商,现将其标准对检测方法的要求结合相关检测仪器进行介绍。

一、防潮包装的标准

级别

要求

防潮期限

温湿度条件

产品性质

1级防潮包装

1一2年

温度大于30C,相对湿度大于90%

对湿度敏感,易生锈易长霉和变质的产品

2级防潮包装

0.5一1年

温度在20℃一30℃之间,相对温度在70%一90%之间

对湿度轻度敏感的产品、较贵重、较梢

密的产品

3级防潮包装

0.5年内

温度小于20℃,相对温度小于70%

对湿度不敏感的产品

二、防潮包装对包装材料防潮性能及封口、密封性能的要求

1、防潮包装材料防潮性能(阻湿)的要求:

  应根据防潮包装的等级按下表选择防潮包装材料或包装容器的透湿度。

  防潮包装材料的透水蒸气性应符合GB/T 1037(塑料薄膜和片材透水蒸气杯式法)规定,防潮硬包装容器的透湿度应符合GB/T 6981(硬包装容器透湿度试验方法)的有关规定,软包装容器的透湿度应符合GB/T 6982(软包装容器透湿度试验方法)的有关规定。

防潮包装用材料的水蒸气透过量和容器的透湿度

防潮包装级别

薄膜,g/(m2·24 h)

容器,g/(m2·30d)

1级防潮包装

<2

<5

2级防潮包装

<5

<120

3级防潮包装

<15

<450

2、防潮包装材料的封口热合强度要求:

  防潮包装件的封口热合强度按GJB145 A一1993(防护包装规范)的规定进行试验,应大于30 N/5 cm。

3、防潮包装密封性能的要求

  防潮包装的密封性能按GB/T 15171(软包装件密封性能试验方法)的规定进行试验,要求包装不得有针孔、裂口及封口开封等缺陷。

三、防潮包装试验与测试方法

1、防潮包装及材料水蒸气透过性能测试

  防潮包装材料的检测按照标准规定需要采用杯式法来进行测试,杯式法其实是重量法测试水蒸气透过量的别称。试验方法是采用称重的方法,通过测定透湿杯在单位时间内的重量变化量求出试样的透湿量等参数。在此以Labthink兰光的杯式法试验方法透湿性测试仪器为例进行介绍。传统的测试方法是利用透湿杯、恒温恒湿箱、天平进行人工称量,但是由于防潮包装水蒸气透过量较小,采用这种方法人工干预的环节较多,所以对测试结果的影响较大,表现为测试时间长、精度低等问题。Labthink兰光的杯式法透湿性测试仪符合标准规定的试验要求,全自动测试方式,只需将制备好的试样装夹入透湿杯中,启动试验后仪器可自动运行、判断试验进行过程、结束试验,自动出具试验报告。测试过程智能化、无人工干预,测试数据可靠。

  此外根据实际应用的情况,包装材料要经过成型、填装内容物、热压封口等多道生产工序,往往会出现厚度不均、封口不良等问题,这就要求不仅对包装材料进行检测,还要对整个防潮包装进行检测。Labthink兰光的PERME博密 W3/330水蒸气透过率测试系统,很好的满足了双重测试的需求。另外该仪器采用主机、卫星机模式,一台主机可拖带9台卫星机,实现30种材料的同时测试。

W3/330水蒸气透过率测试系统

具有语音提示功能的粮食水分测试仪 测试仪产品介绍(图1)

2、防潮包装材料封口热合强度测试

  防潮包装件的封口热合强度按GJB145 A一1993(防护包装规范)的规定进行试验,应大于30 N/5 cm。实际执行中,目前已经有封口热合强度的检测标准QB/T 2358(塑料薄膜包装袋热合强度试验方法),可以按此执行。要执行标准规定的检测方法,需要配备热封试验仪与拉力试验机两台设备.热封试验仪是模拟生产过程中生产线封口的温度、时间、压力三个参数来热封制样。Labthink兰光的HST-H3热封试验仪,即为试验室封口热合强度检测环节试样制备的试验仪器。拉力试验机是对封口部分施加拉力使其分离,以此来测试封口热合强度。Labthink兰光的XLW系列智能电子拉力试验机专业用于防潮包装材料的封口热合强度检测,只需选择“热合强度”这一试验功能即可全自动完成测试,另外该仪器还具备了防潮包装的抗拉强度与伸长率、复合膜层间剥离强度、撕裂强度、穿刺性能测试等功能。

XLW智能电子拉力试验机

3、防潮包装密封性能测试

  防潮包装的密封性能测试需要按照GB/T 15171(软包装件密封性能试验方法)的规定进行试验。在此在Labthink兰光的MFY-01密封试验仪为例,该仪器由主机、真空发生器、真空罐组成。通过试验来检验包装是否有针孔、裂口及封口开封等缺陷。首先将包装置于注有水介质的真空罐中,将其真空度保持时间设定在在30~60 s,真空度设为下列数值之一:20、30、50、90 kPa等,启动试验到达真空度并在设定的时间内保持真空度。观测抽真空时和真空保持期间内试样的泄漏情况,视其有无连续的气泡产生,单个孤立气泡不视为试样泄漏。

  以上是对防潮包装标准、检测方法及仪器的简要介绍,Labthink兰光希望能够与行业同仁就其更多质量控制与检测项目、方法展开全面的交流。了解关于更多相关仪器信息,您可以登陆济南兰光公司网站查看具体信息或致电咨询。Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术交流与合作。

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