摘 要： 介绍了一种高性能便携式PIC单片机湿度检测仪的研制，详细阐明了有关的工作原理和关键技术。本测试仪充分应用PIC单片机自身的软硬件资源，具有智能化，小型便携、可编程等优点，在农业、水文系统、环境监测、气象等许多领域具有广泛的应用。

    关键词： PIC单片机 湿度测试仪 土壤含水量

    适时准确地测量周围环境的湿度和土壤含水量在国民经济发展的许多领域中具有广泛的应用，如在农业上为了科学地对土壤进行管理，需要经常测试土壤含水量；在水利工程中，如水文站、堤坝上也需经常测试土壤含水量，此外，土壤湿度测量在环保、气象、国防施工中更是不可缺少的测量项目。如何使这种繁琐的测量以及相关数据处理实现自动化，成为人们急需解决的重要课题。

    本文介绍一种高性能、便携式、可编程的由PIC16C74单片机为主构成的湿度测试仪，详细阐明了该仪器的工作原理、基本功能框图、关键技术以及相应的工作软件流程。

    １ 仪器基本原理及功能框图

    本仪器的系统硬件结构框图如图１所示，芯片选用价格低廉，性能优良的PIC16C74单片机，充分利用其提供的软硬件资源，配以相应的外围电路完成土壤含水量检测。主要组成部分包括：湿度传感器，PIC单片机，外存储器（E2PROM），触摸式键盘，液晶显示屏（LCD），电池电源通断控制电路，以及向计算机传送数据的通讯接口电路等部分。

    传感器选用的是一种专利产品，其作用是直接将探测头插入待测土壤中，将土壤湿度转化成相应模拟电压，电压范围在0～1.2Ｖ，该模拟电压经运算放大器放大到0～5Ｖ范围内的电压后，送到PIC16C74的I/O口，单片机内有8个通道的A/D变换器，选一个口作为模拟电压输入通道，然后转换成数字电压值，按电压－含水量公式，经过单片机运算，得出实际的土壤含水量值，送入外部扩展存储器储存，以备传输和处理之用，同时送入液晶显示屏实时显示。

    本仪器设定每批数据由１６字节组成，外存储器容量为64K字节，所以外加存储器最大存储容量可达512批。为了对测量数据进行进一步处理，需要把各测试点的大量数据送往计算机，为完成数据传输，我们选用RS232标准接口方式，器件选用MAX202作为接口器件，数据通过I/O接口送入计算机，再由它进行进一步处理，绘出测试曲线、图表，然后进行分析、打印和存档。

    由于仪器体积小，按键选用触摸开关，能够完成电源控制（ON），测量（MEASURE），前翻页（UP），后翻页（DN），清除（CLEAR），认可（ACK）等功能，可使用户灵活操作。电源采用9V标准电池供电，并由专门的电源控制电路控制电源通断，由PIC16C7单片机监测电池供电情况，电压在正常工作范围时，液晶屏显示“H”，低于所定标准电压时，显示“L”，表明需要换电池。

    由于我们研制的测试仪采用了高性能单片机芯片，可利用的软硬件资源丰富，需要的外围器件较少，具有很强的功能，并且功耗低，应用领域非常广泛。

    ２ 关键器件和关键技术

    2.1 PIC16C74单片机

    本仪器芯片选用美国Microchip公司生产的PIC16C7单片机，这种芯片是一种低功耗、高性能，价格适中的CMOS全静态8位E2PROM单片微型处理器，为400IP，其中I/O口就有33脚，适于加装较多外围器件和设备。

    PIC16C7芯片包含192字节数据存储器（RAM）和4K字节程序存储器（ROM）容量，33个输出／输入口，三个定时／计数器，三个捕捉／比较／PWM模数和两个串行口，同步串行口可配置成三线SPI或二线120工作方式，串行口可设置成同步或异步，以及八通道高速A/D变换器部分。软件结构上，采用RISC指令结构，具有8级堆栈，多个内部和外部中断位，指令35条，易于编程。

    与其它单片机（如8031芯片）相比，PIC16C7具有如下几个其它芯片无法比拟的特点：

·内部带有8个A/D变换通道，仅此一点，在需要进行A/D变换时，就省去了附加的A/D转换外围芯片；

·软件指令仅35条，利用编程实现；

·低功耗，高速CMOS EPROM技术，在5V 4MHz时仅耗电2mA，在3V 32KHz时，仅耗电15mA；

·更