基于微电容测量的木材含水率检测系统研究

摘要

根据统计结果，有75％的木制品问题是由于在木材干燥过程中对含水率的检测不准造成的。木材含水率是木材干燥过程中的一个关键参数，我国森林资源缺乏，人们对木制品的需求日益增加，对木材含水率的准确检测，减少木材资源的浪费，是我国面临的一项日益严峻的任务。本课题的目标是研究一种能够在线、实时、非接触的木材含水率检测系统，该系统能够高精度、高分辨力的检测出木材含水率。
　　本文概述了国内外木材含水率检测方法及检测系统的现状和特点，根据木材含水率检测系统的功能需求，确定了本文研究的木材含水率检测系统的总体方案。确定单一平面电容传感器为检测系统的敏感元器件，建立其数学模型和数值解法。借助有限元软件FlexPDE和Matlab数据拟合工具箱，建立微电容值和介电常数的函数关系式。
　　微电容测量电路是检测系统的核心部分。本文分析比较了微电容测量电路的模拟检测电路和数字检测电路的优缺点，设计了基于电容数字转换器AD7746的微电容测量电路。
　　木材含水率检测系统的实时性主要是依靠微电容测量电路将电容测量值迅速地传递给上位机。利用I2C串行总线、单片机串口、Matlab串口接口实现检测系统的通信功能，设计能够实时传递数据、实时处理数据的软件程序。
　　最后，制作、焊接和调试微电容测量电路，加工实验台，调试微电容测量电路程序，建立含水率检测基准，开发木材含水率检测软件进行实验验证，结果表明本文研究的基于微电容测量的木材含水率检测系统准确可行。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 木材含水率的检测方法

1．3 木材含水率检测系统的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本论文研究内容

第2章 木材含水率检测系统总体方案

2．1 引言

2．2 木材含水率检测系统的研究内容

2．2．1 介电常数与含水率

2．2．2 电容传感器

2．3 木材含水率检测系统的工作过程

2．4 木材含水率检测系统设计

2．4．1 系统的模块化设计

2．4．2 系统的设计步骤

2．5 木材含水率检测系统的技术指标和功能

2．6 本章小结

第3章 微电容测量的硬件电路研究

3．1 引言

3．2 微电容测量原理分析

3．2．1 充放电式检测电路

3．2．2 电容频率法

3．2．3 电容数字转换原理

3．2．4 电容数字转换器AD7746

3．3 微电容测量硬件电路设计方案

3．4 微电容测量硬件电路模块

3．4．1 电容检测电路

3．4．2 单片机控制电路

3．4．3 显示电路

3．4．4 电源电路

3．4．5 串口通信模块

3．5 系统PCB设计与制作

3．6 本章小结

第4章 微电容测量的软件模块研究

4．1 引言

4．2 通信模块

4．2．1 单片机与AD7746通信

4．2．2 单片机与PC机串口通信接口协议

4．2．3 Matlab环境下单片机与PC机的串口通信

4．3 数据处理模块

4．3．1 AD7746寄存器配置

4．3．2 单片机数据处理程序

4．3．3 Matlab中断处理函数模块

4．4 主程序

4．5 本章小结

第5章 基于微电容测量的木材含水率检测系统研制

5．1 引言

5．2 木材含水率检测系统软件研制

5．2．1 基于BP网络的介电常数和含水率的关系建立

5．2．2 木材含水率检测软件

5．3 木材含水率检测系统硬件研制

5．4 木材含水率检测系统实验

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢