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标题: 基于ATmega16L单片机的温度控制系统设计 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 17:27
标题: 基于ATmega16L单片机的温度控制系统设计

　　摘要：设计一种基于ATmega16L单片机的温度控制系统，阐述该系统的软硬件设计方案。采用模块化设计方法，利用增量式PID算法使被控对象的温度值趋于给定值。实验结果表明该系统具有良好的检测和控制功能。
　　1 引言
　　随着科学技术的进步，检测行业发展快速，除了检测项目和内容不断扩大，更重要的是检测愈来愈科学化、职能化，主要表现在检测过程及检测结果由计算机监控和显示。多点温度的采集控制近年来在检测行业应用较为广泛，其中以微机为核心的监控技术价格低廉，使用方便，应用也最普遍。
　　本文主要介绍基于ATmega16L单片机的温度控制系统的设计，具体包括炉温的采集和控制、LCD显示以及PC机绘制温度变化的曲线图等。硬件和软件设计采用模块化的思想，系统集成度较高。
　　2 系统的硬件设计
　　图1为系统硬件的总体结构图。系统由主控制器、温度传感器、运算放大电路、液晶显示电路、键盘电路、串口通信电路等构成。由结构图1可看出，系统模块较多，所以应合理分配I／O 口资源，各模块以ATmega16L单片机为核心相连接。

　　2．3 温度控制电路
　　该电路主要由光电耦合器和可控硅组成，如图3所示。单片机发出的控制信号(PWM)经驱动器后控制光电耦合器的工作状态。当光电耦合器工作后，使双向可控硅的触发极处于高电平，可控硅处于导通状态，进而控制加热棒的工作。

　　(2)按键处理程序键盘处理程序通常采用查询方法实现按键的识别，CPU只要一有空闲就调用键盘扫描程序，查询键盘，识别键值，并予以处理。
　　(3)A／D转换程序 ATmega16有一个10位包括采样保持电路的逐次逼近型A／D转换器，该转换器与一个8通道模拟多路复用器连接，能对来自端口A的8路单端输入电压进行采样。通过设置ADCSRA寄存器的ADEN即可启动A／D转换器，只有当ADEN置位时，参考电压及输入通道选择才生效。向A／D转换器启动转换位ADSC位写“1”可启动单次转换。在转换过程中此位保持为高电平，直到转换结束触发中断。然后被硬件清零。

　　(5)串行通信程序系统与上位计算机之间采用RS-488的串行数据传输方式。单片机采用中断方式接收数据，而发送数据则采用查询方式。
　　(6)显示处理程序 LCD-TC1602A LCD接口设计采用4位控制方式，使用4位数据线D4～D7控制时序分两次传送，先传送高4位数据，再传送低4位数据。
　　(7)数据读写处理程序 ATmega16单片机内部集成有512 B的EEPROM，它是作为一个独立的数据空间而存在的。ATmesa16单片机通过对相关寄存器的操作实现对EEPROM按字节读写。
　　(8)看门狗处理程序 ATmega16单片机内部集成有硬件看门狗，看门狗由片内独立的振荡器驱动，设置看门狗的步骤为：先初始化并打开看门狗，然后把喂狗指令放在循环程序中。
　　4 系统测试分析
　　各个模块测试完成后，将下位机由测试端的硬件通过串口与PC机连接，构成完整的温度测试系统。在上位机中运行Visual Basic编写的监控程序，通过下位机的键盘设置加热炉温度为80℃．单击“打开通信端口”，选择所要通信的端口后，单击“开始测温”，这时下位机就会向上位机发送实时温度值，并实时绘出温度趋势曲线。
　　当单击“结束”时，整个系统停止工作。上位机显示的温度趋势曲线如图6所示，测试结果显示，该系统对加热炉温度的采集和控制比较准确。

　　5 结束语
　　充分利用AVR ATmega16单片机的内部资源，系统集成度高，系统利用增量式PID算法改变PWM的输出值，然后控制可控硅的开关，最终使被控对象的温度值趋向于给定的温度值。该系统操作容易、可靠性好，具有较高的实用价值。就其采样频率和分辨率来说属于中速类型，适合于对数据采样频率要求不是特别高的应用场合。

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