基于AVR和振弦式滲壓計(jì)的大壩監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2 ATmega128微處理器
ATmega128作為數(shù)據(jù)端的控制核心，是基于增強(qiáng)的AVRRISC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，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS／MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。該芯片采用5 V供電，其最高工作頻率可達(dá)16 MHz；4 K字節(jié)的SRAM、4 K字節(jié)的EZPROM(其壽命可達(dá)100 000次寫／擦除周期)；4個(gè)靈活的具有比較模式和PWM功能的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(T／C)。支持外部存儲器擴(kuò)展，為編寫和運(yùn)行程序提供了強(qiáng)力的保證。
特別的，T／C的輸入捕捉單元可用來捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標(biāo)記，以說明此時(shí)間的發(fā)生時(shí)刻。外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號由引腳ICPn輸入，也可以通過模擬比較器單元來實(shí)現(xiàn)。本文采用通過模擬比較器單元觸發(fā)方式，可以將放大濾波后的模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并被單片機(jī)檢測。模擬比較器的框圖如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/172688.htm
其中，ACIC置位后允許通過模擬比較器來觸發(fā)T／C1的輸入捕捉功能。此時(shí)比較器的輸出被直接連接到輸入捕捉的前端邏輯，從而使得比較器可以利用T／C1輸入捕捉中斷邏輯的噪聲抑制器及觸發(fā)沿選擇功能。ACIC為“0”時(shí)模擬比較器及輸入捕捉功能之間沒有任何聯(lián)系。為了使比較器可以觸發(fā)T／C1的輸入捕捉中斷，定時(shí)器中斷屏蔽寄存器TIMSK的TICIE1必須置位。
ATmega128有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC。ADC包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到ADC的電壓保持恒定。ADC通過逐次逼近的方法將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)10位的數(shù)字量。最小值代表GND，最大值代表AREF引腳上的電壓再減去1LSB。通過寫ADMUX寄存器的REFn位可以把AVCC或內(nèi)部2．56 V的參考電壓連接到AREF腳。在AREF上外加電容可以對片內(nèi)參考電壓進(jìn)行解耦，以提高噪聲抑制性能。如果使用單端通道，則繞過增益放大器。因此電路在設(shè)計(jì)時(shí)，將激振輸出的信號進(jìn)行放大并濾除直流信號，進(jìn)而進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后(ADIF為高)，轉(zhuǎn)換結(jié)果被存入ADC結(jié)果寄存器(ADCL、ADCH)。單次轉(zhuǎn)換的結(jié)果如下：
式中，VIN為被選中引腳的輸入電壓(PF0)，VREF為參考電壓。0x000代表模擬地電平，0x3FF代表所選參考電壓的數(shù)值減去1LSB。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
根據(jù)上述基本原理，設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)的整體框圖如圖3所示。主要由防雷擊電路、激振電路、檢測電路、單片機(jī)控制電路等幾部分組成。工作過程是由單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號完成對滲壓計(jì)的激振，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢經(jīng)放大濾波電路送給單片機(jī)，運(yùn)用其模擬比較器進(jìn)行數(shù)據(jù)捕捉處理，在人工采集數(shù)據(jù)時(shí)直接送顯示電路顯示。但在遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，可通過Zigbee通信模塊進(jìn)行無線傳輸，從而完成對數(shù)據(jù)的采集處理。
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