物質(zhì)水分自動測量設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計

于長海

【摘 要】紅外水分儀的水分檢測技術(shù)是一門涉及多學(xué)科的綜合性技術(shù)，三十多年來，已經(jīng)取得了很大的進步。紅外水分探測系統(tǒng)是集光、機、電為一體的高科技產(chǎn)品，在工業(yè)的水分測量上有很廣泛的應(yīng)用。它具有操作應(yīng)用簡單、反應(yīng)速度快、精度高、非接觸、測量范圍大、應(yīng)用范圍廣、受環(huán)境因素影響較小，并可在線連續(xù)測量等優(yōu)點。

由于被測信號十分微弱，測量過程干擾因素較多，例如溫度和光源等。所以為了保證系統(tǒng)的測量精度，進行了光源的恒流自動控制、恒溫制冷自動控制、前置放大電路等模擬電路的設(shè)計。在以AT89C51為核心的系統(tǒng)中，考慮到器件的通用性、性價比和精度要求，在保證測量精度的前提下盡量的降低了成本。大部分器件采用串行接法，從而簡化了硬件電路。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中采用了浮點數(shù)運算，累加平均的處理方法，提高了測量的精度。

【關(guān)鍵詞】紅外傳感器；水分測量系統(tǒng)；AT89C51；浮點數(shù)運算

Design material moisture automatic measuring equipment and systems

Yu Chang-hai

（Tianjin Expressway and Technology Development Co.， Ltd Tianjin 300230）

【Abstract】The moisture measurement technology of infrared moisture measuring instrument is a synthetic technology relating to many subjects. During the past 30 years， much prominent progress has been achieved. Infrared moisture measuring instrument is a high science and technology product with light， machine and electricity. It is widely used in industry area. It has a series of advantages， such as easy use， fast measuring， high-precision， non-contact， wide-measuring， and little environmental influence， so on.

Many factors can influence on the output signal of infrared moisture meter， for example， the temperature and the light sources. For the guarantee of its measuring accuracy， we also design analog control circuit such as the light sources automatically controls， refrigeration control and the preposition amplifier and so on. At the same time we design the system of AT89C51 monolithic processor， we widely consider its versatility， cost performance and measuring precision. Most of hardware is connected synchronously， so that simplified hardware circuit. When we design the software， we used accumulation and average principle， to improve measuring precision.

【Key words】Infrared sensor；Erial moisture measuring；AT89C51；Oat point arithmetic

水分探測系統(tǒng)硬件電路

物質(zhì)水分自動探測系統(tǒng)的主要功能是測量水分含量，通過分析處理傳感器檢測到的信號得出結(jié)果，并與上位PC機進行通訊，實現(xiàn)實時監(jiān)測。主要目的是要進行探測系統(tǒng)硬件電路圖的設(shè)計，包括以單片機AT89C51為核心的系統(tǒng)運算處理部分，和紅外傳感器模擬電路，以及紅外測量水分的原理。

1. AT89C51單片機

2. 紅外傳感器的設(shè)計

紅外技術(shù)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域里占有相當(dāng)大的地位，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，工業(yè)，通信等許多領(lǐng)域。其在探測領(lǐng)域里的發(fā)展越來越表現(xiàn)出其優(yōu)勢。

2.1 紅外測濕原理。

（1）紅外物質(zhì)水分探測儀是利用水分子在紅外光譜區(qū)的吸收帶，通過探測目標(biāo)反射輻射部分的強度與標(biāo)準(zhǔn)強度目標(biāo)水濃度的不同，使得反射強度與標(biāo)準(zhǔn)強度之比與被測含水量成正比的關(guān)系來提供信息。其中1.94μm波長的紅外輻射就是被水分子吸收的波段，而1.68μm波長的紅外輻射則幾乎不被吸收，如圖1所示。

（2）由于單波段的光路易受干擾，所以我們采用雙波段的測量方法。這種方法是除了利用水分子可以吸收1.94μm的紅外光作為測試光外，還使用水分子幾乎不吸收的波長為1.68μm作為參考光。這兩種紅外光可以通過不同的濾光片來獲得。當(dāng)這兩種光照射到被測物品上時，對于“干燥”的物體，對1.94μm的紅外輻射沒有吸收，因此兩個波段上的反射輻射的強度之比與被測物品中的水分含量成正比。采用這種方法可以抵消光源的不穩(wěn)定性，大氣的吸收等不良因素，從而保證了測量的精度。

參考文獻

[1] 程玉蘭.紅外診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.7～8.

[2] Peter Mchugh，Today's noncontact sensors do a whole lot more[J] .I&CS， May， 2005（1）：70～73.

[3] 婁淑琴.紅外水分測量儀的改進[N].北方交通大學(xué)學(xué)報，2000-4（2）.

[4] 何立民.單片機高級教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.102～116.

[5] 黃榮華.紅外技術(shù)及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[M].北京：水利電力出版社，1999.144～145.

[6] 周麗紅.La0.2Sr0.8MnO3薄膜的制備Bolometer應(yīng)用研究[D]：[碩士學(xué)位論文].昆明：昆明理工大學(xué)，2005.

[7] 金鋒.智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[8] 劉艷玲.采用MAX232 實現(xiàn)MCS - 51 單片機與PC 機的通信[J].天津理工學(xué)院學(xué)報，1999，15（2）：1～8.

[9] D.L.Donoho， De-noising by soft-thresholding[J]. IEEE Transactions on Inform Theory，2001，41 （3）：98～120.

[10] 沙占友.集成化智能傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].國外電子測量技術(shù)，2005（4）：1～6.

[11] 滕召勝. 水分檢測技術(shù)及其智能信息處理方法的研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2002.

[12] 劉青.紅外吸收水分儀的技術(shù)特點及其對比[J].國外分析儀器，2000（3）：42～46.

[13] 杜民.水分測定儀的綜合研究及評述[J].中國儀器儀表，2005（2）：8～10.

[14] 陸品楨.國內(nèi)外水分測量技術(shù)及水分計發(fā)展概況[J].分析儀器，2000（1）：12.

[15] 丁元明.糧食水分測量技術(shù)概況[J].分析儀器，2003（2）：5.

[16] 張毅剛.單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱：工業(yè)大學(xué)出版社，2001.25～30.

[文章編號]1619-2737（2015）05-25-332