В статье рассмотрено устройство измерения влажности и температуры зерна, обосновывается актуальность, приведена функциональная схема устройства.
Ключевые слова: зерно, влажность, температура, микроконтроллер, датчик, интерфейс.
Среди стратегических продуктов для обеспечения продовольственной безопасности страны основное место занимает зерно. Оно важнейший продукт сельского хозяйства, ценное сырье для разных отраслей промышленности и служит сырьем для производства хлебных, макаронных изделий, круп, муки, спирта, крахмала, патоки. Семена зерновых — важная фуражная культура, которая идет на корм скоту и птице. Зерновые культуры относят к трем ботаническим семействам: злаковых, гречишных и бобовых.
Влажность является одной из важнейших характеристик при хранении и производстве зерна. Привычные лабораторные методы измерения влажности в силу длительности проведения анализа не подходят для решения поставленной задачи и используются только для проведения контрольных измерений. Также важна температура зерна.
Ниже представлен функциональный проект устройства для экспресс-измерения температуры и влажности сельскохозяйственного зерна. Влажность измеряется от 0 до 100 % с максимальной погрешностью в 3 %. Температура измеряется от –20 до + 50
Устройство состоит из двух частей:
– выносные датчик температуры и датчик влажности;
– блок обработки.
Управление процессом измерения осуществляется со смартфона, при этом имеется два режима работы:
– ручной;
– автоматизированный.
При ручном способе работы датчики имеют формы штырей. Пользователь вонзает штыри в кучу зерна и дает соответствующую команду измерения со смартфона. По окончании измерения со смартфона подается звуковой сигнал.
Автоматизированный способ применяется в том случае если датчики установлены стационарно, либо в зерновой бункер, либо в шнековую или конвейерную системы подачи, при этом пользователь на смартфоне набирает продолжительность и количество измерений. При окончании цикла измерения со смартфона подается звуковой сигнал.
В устройстве предусмотрена возможность управлять процессом измерения со сенсорного монитора. Функции монитора те же что и у смартфона.
Рис. 1. Расположение датчика в бункере
Рис. 2. Расположение датчика на конвейерной ленте
Рис. 3. Расположение датчика при шнековой подаче зерна
Функциональная схема устройства представлена на рис. 4. и состоит из блоков:
– ДВ — датчик влажности. Производит измерение влажности зерна.
– ДТ — датчик температуры. Производит измерение температуры зерна
– Пр — преобразователь интерфейса «токовая петля» в аналоговое напряжение.
– У — усилитель.
– MCU — микроконтроллер. Предназначен для управления всем устройством.
– П — память устройства. Предназначена для хранения результатов изменений и различных переменных необходимых программисту.
– БМ — Блютуз-модуль. Осуществляет связь устроиться со смартфоном пользователя.
– ПрИ — преобразователь интерфейсов. Необходим для подключения сенсорного монитора.
– СНС — схема начального сброса. Формирует для микроконтроллера сигнал сброса в начале работы и при просадках напряжения питания.
Рис. 4. Функциональная схема устройства
Схема построена по радиальному принципу. Сигнал с датчиков преобразуется в напряжение, усиливается и поступает на внутренней аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера, где оцифровывается. Каждое измерение производится десять раз, вычисляется среднее значение, которое принимается за результат текущего измерения и запоминается в памяти, а также передается на смартфон или на монитор пользователя в зависимости от выбранной опции. Блютуз-модуль и преобразователь интерфейсов подключаются к микроконтроллеру по интерфейсу UART. Память устройства использует интерфейс SPI.
Функционала схема ориентирована на использование компонентов:
– CH340G — преобразователь интерфейса USB в UART;
– JDY–31 — bluetooth-модуль;
– PCE–MWM 240 — датчик влажности в сыпучем материале;
– MBT 3560R — датчик температуры;
– AVR128DB32 — микроконтроллер;
– SST26VF064B микросхема памяти;
– MAX811 — супервизор питания;
– и др.
Литература:
- Датчики: справочное пособие / В. М. Шарапов, Е. С. Полищук, Н. Д. Кошевой, Г. Г. Ишанин. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с. — ISBN 978–5–94836–316–5. — Текст: электронный // Лань: электронно–библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/73560 (дата обращения: 23.04.2024). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
- Как пользоваться влагомером зерна. — Текст: электронный // ЭКСИС: [сайт]. — URL: https://www.eksis.ru/materials/articles/kak–polzovatsya–vlagomerom–zerna.php (дата обращения: 28.01.2025). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
- Измерение влажности зерна: из чего оно состоит?. — Текст: электронный // MECMAR: [сайт]. — URL: https://www.mecmargroup.com/ru/news/ izmerenie_vlaznosti_zerna_iz_cego_ono_sostoit–72 (дата обращения: 07.02. 2025). — Режим доступа: свободный.
- Принцип работы влагомера: методы измерения влажности зерна. — Текст: электронный // Элтемикс: [сайт]. — URL: https://eltemiks–agro.ru/poleznye–materialy/princip–raboty–vlagomera–metody–izmereniya–vlazhnosti–zerna (дата обращения: 28.01.2025). — Режим доступа: свободный.
