基于ATmega16單片機的實時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單片機與溫度傳感器相結(jié)合的實時溫度采集與分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)介紹了以ATmega16單片機為核心，以及自動化控制裝置GTJJ4-10A固態(tài)繼電器和數(shù)字溫度傳感器DS18B20，報警與指示電路等，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)過燒水溫度的測試，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；DS18B20溫度傳感器；固態(tài)繼電器；溫度曲線繪制

隨著計算機技術(shù)尤其是單片微型機技術(shù)的發(fā)展，溫度對人們的生活與工作影響很大，所以要實時采集溫度并且對其進行分析。為此，實現(xiàn)實時準確的測量監(jiān)控。采用串口傳送數(shù)據(jù)并且在PC機上進行分析。由于單片機的控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點，采用了高性能avr單片機來控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器，最總實現(xiàn)溫度的控制。從而最總在PC機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，單片機模塊，PC機軟件處理模塊。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)境的溫度進行采集并進行保存和再顯示，通過單片機去控制固態(tài)繼電器，從而控制其溫度值的大小，再通過PC機實時顯示當前的溫度，并對當前的溫度進行分析與保存。便于與以后的溫度值進行對比等應(yīng)用。首先由ATmega16單片機控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器從而控制交流電，再達到控制溫度值的大小，這個時候通過DS18B20溫度傳感器對當前的溫度值進行采集。將采集的數(shù)據(jù)結(jié)果通過Tx送給單片機，單片機將達到的溫度值一方面通過串行通訊端口送給計算機，另一方面將溫度數(shù)據(jù)進行對比分析，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，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單片機簡介
ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進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℃。