基于ATmega16的實時溫度采集與分析系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
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1 系統(tǒng)組成及基本原理
本系統(tǒng)由溫度采集模塊，固態(tài)繼電器控制模塊，單片機(jī)模塊，PC機(jī)軟件處理模塊。4個模塊加起來實現(xiàn)溫度的控制，以及溫度采集和溫度經(jīng)過軟件處理的分析。它們的邏輯關(guān)系如圖1所示。
本系統(tǒng)的任務(wù)是對某種特定環(huán)境的溫度進(jìn)行采集并進(jìn)行保存和再顯示，通過單片機(jī)去控制固態(tài)繼電器，從而控制其溫度值的大小，再通過PC機(jī)實時顯示當(dāng)前的溫度，并對當(dāng)前的溫度進(jìn)行分析與保存。便于與以后的溫度值進(jìn)行對比等應(yīng)用。首先由ATmega16單片機(jī)控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器從而控制交流電，再達(dá)到控制溫度值的大小，這個時候通過DS18B20溫度傳感器對當(dāng)前的溫度值進(jìn)行采集。將采集的數(shù)據(jù)結(jié)果通過Tx送給單片機(jī)，單片機(jī)將達(dá)到的溫度值一方面通過串行通訊端口送給計算機(jī)，另一方面將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，再通過IO控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器。從而實現(xiàn)了溫度值控制。另一方面PC機(jī)得到的溫度值送給MFC軟件繪制溫度曲線，同時通過保存按鈕將溫度值以及采集當(dāng)前溫度的時間記錄下來。然后再經(jīng)過顯示按鈕將溫度值和時間顯示出來。這就是對溫度的實時采集與分析。
2 硬件部分設(shè)計
本系統(tǒng)主要采用高性能AVR單片機(jī)，GTJ4-10A固態(tài)繼電器，DS18B20溫度傳感器，報警輸出電路。主要系統(tǒng)電路圖略。
2．1 ATmega16單片機(jī)簡介
ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS／MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。因此可以很好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送以及對繼電器的控制和溫度的采集。
2．2 溫度采集模塊
DS18B20采用Dallas獨有的單總線協(xié)議，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果可選擇為9-12位，最大轉(zhuǎn)換時間在轉(zhuǎn)換結(jié)果為12位時為750 ms，可通過讀取DS18B 20的狀態(tài)值判斷其是否轉(zhuǎn)換完畢。其測溫范圍為-55～+125℃，精度在范圍內(nèi)為±0．5℃。
2．3 固態(tài)繼電器的控制
繼電器模塊單元通過單片機(jī)的IO口控制，讓單片機(jī)的計算器計數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度的需要加熱時，我們通過IO讓繼電器工作，達(dá)到某一數(shù)值時，再給繼電器IO口低電平，從而通過單片機(jī)和利用繼電器實現(xiàn)弱點控制交流電的作用，這里主要是利用了單片機(jī)PWM實現(xiàn)控制，從而就實現(xiàn)溫度值大小的控制。具體電路圖如圖2所示。
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