摘要:當前木材干燥窯含水率的檢測存在檢測精度低、反應時間長、測試模式少等缺點，針對這些問題，設計了一種具有高量程、多檔位測試的木材干燥窯含水率檢測系統，該系統自動化程度高，可實現高電阻木材含水率的檢測和多量程范圍的檢測。實驗結果表明，設計的木材干燥窯含水率檢測系統能夠實現高精確度、高速率、高靈敏度的木材含水率檢測，有效地提高了木材的利用率。

　　關鍵詞:木材含水率;惠斯通電橋;DSPIC單片機;木材干燥窯

　　隨著社會的飛速發展，許多行業對木材的需求量也日益增加，行業的需求促進了木材干燥技術的發展[1]。目前國內最新的木材檢測技術有超聲波檢測、人工智能檢測[2]，尤其是基于圖像處理的木材檢測技術[3]，具有高自動化、高識別率的優點。目前市場上對木材含水率的檢測通常是采用電阻法、電容法、微波法和稱重法，本實驗測量方法基于電阻法。普通電阻法測量含水率的原理是利用木材的電學特性與含水率之間的關系，但這種測量方法只能檢測低含水率的木材。在需要測量精度高和高含水率木材的情況下，這種測量方式會出現很大的誤差[4]。

　　為解決這一問題，設計了一種具有高阻值測量功能的惠斯通電橋電路，聯合A/D變換電路、DA采集電路、獨立供電電源電路、放大電路、換檔繼電器選擇電路等來實現整個系統的硬件設計，并通過一系列軟件算法，針對采集的木材材質、寬厚度、窯內溫度、風機轉速等數據進行處理與控制，修正部分數據進行動態補償。本實驗采集和分析窯內的溫度，通過加補償來減少環境因素對木材含水率測量的誤差影響。干燥窯的機械設計參考螺桿泵的實驗臺設計，目的是提高穩定性[5]。

　　1實驗硬件電路設計

　　1.1單片機選型

　　本實驗采用Microchip公司的DSPIC33EP256MU806芯片[6]。綜合實驗考慮，設計的電源電路必須具有高精度、高穩定性、低延遲等特點。本實驗電路主要由模擬電路和數字電路組成，為了防止兩個電路相互干擾影響測量精度，分別設計模擬和數字兩個獨立供電電源進行供電。本實驗數字電路實現的功能如下:旁路開關量輸出、對應PWM波形輸出、電路繼電器驅動、顯示屏驅動顯示。本實驗的模擬電路含有較多的放大電路、A/D和D/A轉換電路、高精度的電橋換向電路，因此對模擬電路設計要求很高，尤其是供電分壓電路部分，因此本實驗供電電路采用24V開關電源接入，并分壓輸出[7]。為了避免電路之間的相互干擾，影響木材含水率的測量精度，設計時將各電路信號地線，即外部地線GGND、數字電路地線GND、模擬電路地線AGND隔離排布。

　　1.2電橋與換向電路設計

　　本實驗木材含水率測量采用電阻法[8-9]，測量時將電路絕緣探針插入被測木材，通電后在木材之間形成回路，根據木材內部含水量的不同，測定電阻也不同[10]。由于干燥窯工作時窯內溫度上升較快、持續時間較長，以及窯內噴汽管的影響，導致木材產生有害氣體及雜質液體揮發，對絕緣探針有腐蝕作用。為了解決這一問題，設計了電路核心部分—電橋換向電路。本實驗選用放大芯片LT1169，該芯片采用電壓源，對信號的影響較小，具有較好的共模抑制比，容易驅動元器件。受開關電源的電壓干擾小，可以很好地解決電橋電壓信號放大和濾波處理問題，提高具有較大電阻值的木材測量精度。

　　2驅動電路設計

　　當檢測的木材水分含量較大不符合預測的標準時，單片機將根據當前木材的含水率進行一系列數據運算，發信號控制比例閥，完成干燥窯內加熱、除濕、干燥等操作，發送模擬信號控制干燥窯內風機流向和流速。

　　3實驗測試與結果分析

　　3.1實驗一首先保持電路檔位不變，對電橋電路進行單獨測量，測試主控制電路上的惠斯通電橋電路兩端UA-和UB+的電壓，再對數據進行誤差分析和處理。通過電路設計已知電橋電路電阻R1、R2、R3電阻值相同，都是默認的。當前電阻阻值設定為2K，換檔檔位設定為第一檔。繼電器觸點3、4兩端、5、6兩端導通。

　　設計的電路測試高檔位和對應的高阻值木材得到的數據比較精確，實驗誤差也較小。從10K到45.4K阻值對應的誤差值曲線變化平穩，符合設計要求。實驗二的誤差值曲線相比實驗一的誤差值曲線有輕微的波動，說明換檔操作對測量數據有一定的影響，但總體曲線符合實驗預期，達到了設計要求。

　　4小結

　　干燥窯控制系統的硬件設計是整個控制系統的基礎，本實驗的最大特點是通過木材干燥檢測電路的設計創新，可以實現換檔測試和高阻值木材阻值測試，避免了普通電阻法無法測量含水率和電阻值較高的木材問題。通過對數據的分析和處理，本實驗分別從低檔位測量、高檔位測量、動檔位測量來測試不同阻值的木材，所得實驗數據符合實際要求，初步驗證了木材干燥過程與溫度的關系，針對高阻值木材含水率檢測的電路符合設計要求。實驗存在的問題主要是由于實驗電路工作環境比較惡劣，實驗溫度相差較大，供電電源的差異，干擾信號的干擾等諸多因素對實驗造成了一定影響。實驗后續將完善木材干燥窯含水率檢測系統的軟件設計，引入操作系統和數據庫，方便記錄含水率的檢測數據。

　　相關論文投稿刊物：木材工業是國內木材加工行業集科研、生產技術和信息為一體的領先綜合性科技期刊，報道各類木質和非木材人造板的制造工藝及表面裝飾技術;木工膠粘劑;木材干燥、阻燃、防腐及改性處理;家具生產技術;制材;木工機械設計制造與控制;計算機應用及軟件。