基于μC/OS-Ⅱ操作系统及Kinetis60芯片的反射式微波含水率检测方法研究

【摘要】在日常生活和工农业生产中，水扮演着重要的角色，无论作为保鲜剂还是添加剂，量的增加和减少都是非常重要的。特别是粮食的储存和运输，烟草加工，造纸，煤炭，岩石，土壤测试，肥料生产，木材加工，纺织工业，混凝土配合比和石油加工工业，物料的含水率影响着生产的整个过程和结果，能够实时了解物料的含水率并对其控制可提高整个工程的质量和效率。含水率检测的常规方式包括中子法、电容法、电阻法、红外法及微波法等，每种方法原理不同、适用范围也不同。为了实现实时在线无损检测，并满足生产线对设备体积精巧的需求，本论文选取微波法检测含水率。水是一种极性分子，在微波频率下会产生极化震荡，部分微波能量被物质吸收，检测微波通过物质前后的参数变化，并将其转换为电信号进行后续硬件及软件处理，即可得知含水率值。基于被测物对微波在传输过程中发生的反射、透射等物理反应，可采用微波反射法与透射法检测含水率，微波透射法对被测物的厚度有要求，并且需要两个微波天线在被测物两端负责收发；而微波反射法不受被测物的厚度限制，只需一个微波天线即可实现同时收发，装置结构简单，适于实时在线检测，所以本论文采用微波反射法检测含水率。根据微波本振信号与反射信号混频的原理，输出蕴含含水率信息的直流混频电压信号，将此电信号进行调零放大、电流模式转换输出、积分均值处理等硬件电路处理，实现实时检测、均值检测、信号电流/电压输出、信号RS485传输四种测试功能。在软件方面，基于Kinetis60芯片，移植μC/OS-Ⅱ操作系统，创建12个任务：实时模式任务、均值模式任务、电流/电压输出模式任务、串口RS485传输电压信号任务、内部信号参数拟合定标任务、Flash存储任务、温度测试任务、测试时间测定任务、测试模式预选任务、3.5寸TFT彩屏显示任务、LED的灯检测运行状态任务、watchdog监测任务，而且任务与任务之间彼此通信与合作，共同实现含水率装置的四种测试功能，并可在测试前进行功能预选、材料预选、确定环境温度及测试时间，同时将检测结果显示在液晶屏上。本论文设计的微波反射式含水率检测装置，收发一体化、成本低、操作简单、采用飞思卡尔Kinetis60芯片检测精度高、抗干扰、适用范围广。
【作者】马雪；
【导师】张涛；
【作者基本信息】吉林大学，应用物理学，2014，硕士
【关键词】含水率检测；微波；μC/OS-Ⅱ操作系统；Kinetis60；

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