粮食安全是关系到社会民生的关键问题,水分含量是检验粮食质量的重要参考指标,因此,完善水分检测手段一直是研究重点。本文运用近红外光谱测量技术,设计一套便携式水稻含水率在线检测仪器,较好地解决了在线监测水稻含水率的问题,仪器测量精度达到94.68%,满足GB/T5009.3-2016《食品中水分的测定》水分检测精密度的要求。本文研究的主要内容包括:首先介绍了粮食水分检测方法研究现状、近红外光谱水分检测方法研究现状和粮食水分计算算法研究现状。针对现代粮食水分检测算法中的BP神经网络提出优化方案:利用遗传算法优化BP神经网络,再对GA-BP算法模型进行仿真分析,仿真结果表明将该模型应用到便携式水稻含水率检测仪器中,可以得到一个更好的预测结果。其次在近红外全光谱范围内分析水稻含水率与光谱反射率的关系,初步选取合适的光谱频段。采用偏最小二乘法、竞争性自适应重加权算法两种数学模型对初选波段进行建模分析,最终确定选取波长1450nm的红光LED作为实验的特征光源,选用波长980nm的红光LED作为实验的参比光源。接着分析各种发光元器件的优劣,最终选用红光LED、高通滤光片、凸透镜和In Ga As-PIN光电二极管完成便携式水稻含水率检测传感器的设计与组装。然后完成水稻含水率检测传感器的设计后,需对传感器采集到的信号进行处理。本文设计了以STM32F103ZET6为主控芯片的硬件系统,首先利用In Ga As-PIN光电二极管实现光电转换,再利用AD795KN与放大器AD620搭建电路实现I/V转换与电压信号的量程切换,然后将电压信号送入AD7705进行模数转换,最后由主控芯片对数据进行分析和处理,通过DM900传输单元实现与PC端的信息交互。除此以外,还设计了基于AQY212S的采集分时控制电路、基于QX7136的恒流驱动电路、基于MP2359的电源供电电路、基于W25Q128的FLASH存储电路和基于CH340G的程序下载电路,确保整个硬件系统正常稳定工作。接着采用嵌入式软件系统完成控制程序的编写,实现水稻含水率的信号采集、工作环境的温湿度采集、TFT-LCD触控显示和以太网传输。水稻含水率在线检测时通过调用GA-BP神经网络预测函数实现水稻含水率的计算。本次实验还设计一套与硬件系统相匹配的上位机软件,实现在线检测水稻含水率信息的远程传输。最后通过决定系数和测量精度来评价本文设计的便携式水稻含水率在线检测仪的性能。实验结果表明,本次实验设计的便携式水稻含水率在线检测仪器的决定系数为0.9306,在线检测的测量精度为94.68%,具有较好的性能,满足GB/T5009.3-2016《食品中水分的测定》水分检测的要求。