基于ATmega16單片機(jī)的實(shí)時(shí)溫度采集與分析系統(tǒng)

摘要：溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很重要的的參數(shù)，它直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量與性能。提出了一種基于ATmega16單片機(jī)與溫度傳感器相結(jié)合的實(shí)時(shí)溫度采集與分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)介紹了以ATmega16單片機(jī)為核心，以及自動(dòng)化控制裝置GTJJ4-10A固態(tài)繼電器和數(shù)字溫度傳感器DS18B20，報(bào)警與指示電路等，在分析中基于MFC的軟件處理。其中包括溫度曲線的繪制，以及溫度值的保存，顯示歷史記錄等。在經(jīng)過(guò)燒水溫度的測(cè)試，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠便于分析。溫度誤差0．5℃，可以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。
關(guān)鍵詞：ATmega16單片機(jī)；DS18B20溫度傳感器；固態(tài)繼電器；溫度曲線繪制

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片微型機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度對(duì)人們的生活與工作影響很大，所以要實(shí)時(shí)采集溫度并且對(duì)其進(jìn)行分析。為此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量監(jiān)控。采用串口傳送數(shù)據(jù)并且在PC機(jī)上進(jìn)行分析。由于單片機(jī)的控制方便、簡(jiǎn)單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，采用了高性能avr單片機(jī)來(lái)控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器，最總實(shí)現(xiàn)溫度的控制。從而最總在PC機(jī)上繪制溫度曲線并保存數(shù)據(jù)和分析溫度的數(shù)據(jù)。

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(gè)模塊加起來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的控制，以及溫度采集和溫度經(jīng)過(guò)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(duì)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(guò)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(guò)PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度，并對(duì)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(duì)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(gè)時(shí)候通過(guò)DS18B20溫度傳感器對(duì)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(guò)Tx送給單片機(jī)，單片機(jī)將達(dá)到的溫度值一方面通過(guò)串行通訊端口送給計(jì)算機(jī)，另一方面將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，再通過(guò)IO控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器。從而實(shí)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(shí)通過(guò)保存按鈕將溫度值以及采集當(dāng)前溫度的時(shí)間記錄下來(lái)。然后再經(jīng)過(guò)顯示按鈕將溫度值和時(shí)間顯示出來(lái)。這就是對(duì)溫度的實(shí)時(shí)采集與分析。

2 硬件部分設(shè)計(jì)
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(bào)警輸出電路。主要系統(tǒng)電路圖略。
2．1 ATmega16單片機(jī)簡(jiǎn)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(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)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(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)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(duì)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(dú)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(shí)間在轉(zhuǎn)換結(jié)果為12位時(shí)為750 ms，可通過(guò)讀取DS18B 20的狀態(tài)值判斷其是否轉(zhuǎn)換完畢。其測(cè)溫范圍為-55～+125℃，精度在范圍內(nèi)為±0．5℃。