传统直接水分测量法周期长、难满足生产对速度与连续化的要求，非电量的电测法是更高效的方法。粮食水分检测原理有电阻法、电容法、中子法、微波法、红外法与核磁共振法等：红外法主要用于纸张等表面水分测量；中子法与核磁共振法基于水分中氢原子效应，系统复杂、价格高、专用性不强；微波法利用水对微波能量的吸收或微波参量随水分变化的原理，测量值与物料成分有关、电路与信号处理复杂、价格偏高；电阻法因其快速、准确、成本低而最常用，但存在信号强度小、取样要求高、抗干扰差等缺陷。

测试原理

粮食水分测定仪具有区域特色，对不同地区粮食作物须采用不同测量基准，故使用前需按不同种类粮食在不同状态下标定，建立标准测量数据关系。数据可由厂家写入测定仪E2PROM数据区，也可由用户现场标定。本系统利用ATmega128自带的4 KB E2PROM存储各种粮食的水分标定值、温度补偿系数与系统密码。标定时把同一样本分别在标准测定仪与本测定仪比对，确定水分与电阻关系，再经键盘写入E2PROM相应单元，形成标准曲线或数据表；同时考虑温度补偿系数修正。实测时把当前测量值与标准值比较即可得到水分。

系统硬件设计

MCU采用ATmega128（AVR RISC架构），具有128 KB在线可重复编程FLASH、4 KB SRAM与4 KB E2PROM，以及定时/计数器、PWM、UART、SPI等接口与看门狗。测量范围5%～30%、精度±0.2%，水分以2字节表示，共需约1 KB存储某温度下的水分值，4 KB空间足够。

LCD采用T6963C控制器的128×64点阵模块，可显示测量品种（水稻、玉米、大豆、小麦），经键盘确定测试对象，并在子菜单显示测量值、次数、平均值与标定密码等；只有输入密码正确才能修改标定值。温度传感器采用单总线器件DS18B20，以数字方式传输，省去放大处理环节、抗干扰性较好，只占用一个单片机端口，性价比高。

键盘由模式、加、减、确认、退出、测试、平均、清除、停止、修正等键组成，实现品种选择、参数设定与数据处理。电机驱动电路由ULN2003与+5 V继电器组成：测试时单片机控制电机带动取样器压实样品、保持压力恒定以获得一致的电阻取样，测完一个样品后复位。单片机经RS-232实现与PC通信以便上传数据远程操作。信号调理电路采用555（CMOS工艺7555）构成的非重复触发单稳电路。

为消除电容长期工作的变化误差，测量采用电阻比值法：先测标准精密参考电阻与电容构成电路的脉宽 Tp1=Rref·C·ln3，再经导通电阻1 Ω的电子开关MAX4624切换到测量输入电阻，测脉宽 Tp2=Rin·C·ln3，两式相除得 Rin=Tp2·Rref/Tp1。因被测电阻多为兆欧级，电子开关引入的误差可忽略。脉宽测量由单片机外中断与定时中断完成：INT0采样上跳沿、INT1采样下跳沿，其时间差即脉宽。

系统软件与结论

软件包括主程序、人机界面与数据处理三大模块。仪器以每品种10次随机采样算术平均值作为结果，提高准确性与重复性。实际样机经非线性补偿与误差修正，测量误差≤±0.5%、水分范围5%～30%、重复误差≤0.1%、工作温度0～40 ℃，达到国内外同类先进产品指标，适用于不同粮食水分测量、市场前景广阔。