#第九届立创电赛#粮食水分仪

 1、项目功能介绍

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收获的粮食需要到水泥地面摊晒，晒粮总是不知道晒到了多少水分，我们这主要种植小麦和玉米，小麦靠牙咬判断水分，玉米靠手指甲掐来判断水分，因为没有具体数字，基本就靠感觉和经验来判断，这导致晒粮时候没底，有的时候收购粮食的流动商贩以水分大砍价，还有的时候天气不好多摊晒一天可能遭遇降雨导致粮食发霉长牙，家里储存的粮食也有的时候水分大导致生虫和发霉，市面上最便宜的快速粮食水分仪差不多要200元，大多数农民都不舍得买，于是想自制个简易粮食水分仪来分享，因没有称重和温度测量部分，测量比较麻烦，测量准确度不高，因为还需要烤箱和准确的电子称所以内部设置了四种农作物，虽然只有四种实际只做了玉米的校准，经过对比测试发现和成品水分仪误差比较大，不怎么实用，成品水分仪是介电常数、密度、温度三种变量的模型。

 

*2、项目属性

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本项目首次公开

 

* 3、开源协议

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GPL 3.0   软硬件100%开源  高频信号部分参考NanoVNA开源网络分析仪电路

 

*4、硬件部分

 

电源采用18650供电，U6锂电池充电管理芯片，通过TYPE-C充电，U8单节锂电池保护芯片，U7 3.3V稳压芯片，U9升压芯片，升压到4.5V给SA612供电。

 

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显示采用COG12864，主控ST7567

 

单片机电路，时间有限U1未焊接和写相关程序。

采用CW32F030C8T6单片机，si5351a CLK2给单片机提供时钟，PA3 PA4 I2C口用来控制SI5351A，PA0 PA1两个ADC口采集1KHZ交流信号，两个按键设置功能。

 

 

高频信号部分

采用25MHZ晶振，SI5351A输出三路方波CLK0 = 148999000HZ 衰减后进混频器，CLK1=149000000HZ 激励信号，两路信号差频为1KHZ，CLK2给单片机提供时钟

 

 

阻抗测量电路原理

 

S11 = VT / VR

阻抗= 50 * ((1+S11)/(1-S11))

 

下图是VT信号检测电路

 

 

 

下图是VR测量电路，衰减要设置大一些。

 

 

上面两路149MHZ信号进入SA612混频器后输出1KHZ交流信号

 

1KHZ信号进入两个差分放大器放大后进入单片机ADC

 

 

 

 

 

*5、软件部分

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编译器ARM-NONE-EABI

ARM官方下载地址 https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads

也可以下载gnu binutils自己编译  https://www.gnu.org/software/binutils/

编译命令

1.     ../configure --target=arm-none-eabi --prefix=/home/yjmwxwx/220g/ruanjian/chengxu/arm/bianyiqi/bintuils/
2.  
3.     make
4.  
5.     make install

 

附件里面 程序源代码固件文件夹，liagnshi 文件夹里面1.s是源代码，1.bin是固件，干装完编译器和make工具输入make可以编译

 

软件原理，上电初始话IO和I2C口先设置SI5351A频率输出后单片机切换成外部时钟，设置定ADC和DMA，两路信号每路500KHZ采样率，两路各采集1000点，SYSTICK定时器设置定时2毫秒中断一次进入中断处理采集的数据表，数据表进DFT算出实部虚部，用ADC1采集的除ADC0采集的得到S11，50*((1+s11)/(1-s11))算出阻抗，用电抗换算粮食水分，同轴样品架空时候记录下电抗，再把烘干后粮食放入同轴样品架记录下数据做为参考点，接下来就可以测量别的水分的粮食了。

 

核心校准算法

OSM校准算法（开路、短路、匹配）

 

计算实例，需要自己填写四个数值

pm1=开路时候的电压（S11）

pm2=短路时候电压（S11）

pm3= 匹配电压（S11）（SMA口接50欧电阻）

p1 = 未校准前S11，下面计算填的是测10PF电容的S11

下面代码采用OCTAVE计算，复制进去就可以了

 

 

pm1=4346+7421i
pm2=-8-5419i
pm3=-69+280i

a=[1,1*pm1,-1;
    1,-1*pm2,1;
    1,0*pm3,-0]

 aa=det(a)

a1=[pm1,1*pm1,-1;
    pm2,-1*pm2,1;
    pm3,0*pm3,-0]
aa1=det(a1)

a2=[1,pm1,-1;
     1,pm2,1;
     1,pm3,-0]
aa2=det(a2)

a3=[1,1*pm1,pm1;
     1,-1*pm2,pm2;
     1,0*pm3,pm3]
aa3=det(a3)

x=aa1/aa
y=aa2/aa
z=aa3/aa

 p1=6198+1182i
p=(p1-x)/(p1*y-z)
zl=50*((1+p)/(1-p))

 

上面代码移植到单片机算法

原文 https://ru.intemodino.com/equations/solving-systems-of-linear-equations-three-variables/#google_vignette

 

 

线性度矫正版程序直接和成品水分仪测的数据进行拟合，还演示了比对视频，但是成品采集数据的时候和后来比对的时候飘了，后面测的19.3采集数据的时候是18.5

 

成品水分仪水分                 自制水分仪电抗读数

7.6%                                           210
12.5%                                         254
14.5%                                         265
18.5%                                          304

 

直接把电抗乘 1.165减去168.5 拟合，线性度校准版同轴样品架外桶直径100（免费电路板最大圆尺寸），内径六个核桃罐子，高度11，电容26PF左右，电抗149MHZ时候-41欧

 

 

 

 

 

注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。

 

*6、BOM清单

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请输入内容…

 

注：项目涉及的BOM清单。在嘉立创EDA 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。

 

*7、大赛LOGO验证

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* 8、演示您的项目并录制成视频上传

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视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；

视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。

 

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