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

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ATmega16單片機(jī)的實(shí)時溫度采集與分析系統(tǒng) 隨著計算機(jī)技術(shù)尤其是單片微型機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度對人們的生活與工作影響很大，所以要實(shí)時采集溫度并且對其開展分析。為此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時準(zhǔn)確的測量監(jiān)控。采用串口傳送數(shù)據(jù)并且在PC機(jī)上開展分析。由于單片機(jī)的控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，采用了高性能avr單片機(jī)來控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器，總實(shí)現(xiàn)溫度的控制。從而總在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個模塊加起來實(shí)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。

2、它們的邏輯關(guān)系如圖1所示。 圖1 邏輯關(guān)系圖 本系統(tǒng)的任務(wù)是對某種特定環(huán)境的溫度開展采集并開展保存和再顯示，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(shí)時顯示當(dāng)前的溫度，并對當(dāng)前的溫度開展分析與保存。便于與以后的溫度值開展比照等應(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，再到達(dá)控制溫度值的大小，這個時候通過DS18B20溫度傳感器對當(dāng)前的溫度值開展采集。將采集的數(shù)據(jù)結(jié)果通過Tx送給單片機(jī)，單片機(jī)將到達(dá)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)開展比照分析，再通過IO控制GTJ4-10A固態(tài)繼電器。從而實(shí)現(xiàn)了溫度值控制。

3、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(shí)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構(gòu)造的低功耗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。ATmega16A

4、VR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作存放器。所有的存放器都直接與運(yùn)算邏單元（ALU）相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨(dú)立的存放器。這種構(gòu)造大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。因此可以很好開展數(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(dú)有的單總線協(xié)議，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果可選擇為9-12位，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I

5、O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，到達(dá)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(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制交流電的作用，這里主要是利用了單片機(jī)PWM實(shí)現(xiàn)控制，從而就實(shí)現(xiàn)溫度值大小的控制。具體電路圖如圖2所示。 圖2 單片機(jī)控制電路 2.4 報警輸出電路 報警輸出電路通過單片機(jī)的PA6口控制8550三極管，從而控制蜂鳴器。當(dāng)溫度值到達(dá)某一值時，蜂鳴器報警。這時通知單片機(jī)停止加熱，再經(jīng)過固態(tài)繼電器控制加熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)溫度維持在一恒定的溫度值附近。如果溫度值低于某一數(shù)值時，單片機(jī)通知加熱設(shè)備加熱，這個原理是采用采集溫度值控制的，從而到達(dá)用戶的要求。

6、 3 軟件部分設(shè)計 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架完成后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對溫度曲線的繪制以及溫度值的實(shí)時記錄和存檔并且實(shí)現(xiàn)歷史記錄。程序流程圖如圖3所示。 圖3 軟件流程圖 通過單片將數(shù)據(jù)傳遞給PC機(jī)，PC機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)在溫度曲線顯示與分析用戶見面顯示出來。本軟件設(shè)計中還有串口選擇、波特率的選擇、停止顯示、清空數(shù)據(jù)、關(guān)閉程序等基本功能。這里主要是溫度值的曲線繪制，然后再將溫度值保存起來并開展再顯示的操作。從而到達(dá)實(shí)時采集與分析的功能。溫度曲線顯示與分析用戶界面如圖4所示。 圖4 用戶界面 3.1 溫度顯示曲線圖 溫度顯示曲線圖的主要任務(wù)是將單片機(jī)接收到的數(shù)據(jù)顯示出來，當(dāng)溫度傳過時，在軟件中分別

7、顯示當(dāng)前的溫度值和時刻。通過MFC中的Time函數(shù)記錄每一個溫度值的時刻。并采用繪圖函數(shù)將溫度值和溫度的當(dāng)前時刻繪成曲線，然后再對數(shù)據(jù)特殊處理繪制成曲線圖。在這里比較難處理的是實(shí)時的溫度采集繪制曲線。 3.2 保存設(shè)計單元 單片機(jī)承受的數(shù)據(jù)通過MFC中的WriteData（）將溫度值和時刻值保存下來，此種做法就是利于將來對數(shù)據(jù)的分析使用，將溫度值和時間值記錄存檔成txt文件，打開txt文件可以很清楚看到數(shù)據(jù)的變化情況，這部分功能主要是記錄溫度值和溫度值的當(dāng)前時刻，利于將來對溫度值做比較分析。 3.3 顯示設(shè)計單元 顯示設(shè)計單元是將保存的溫度值和時間值再繪制成溫度曲線圖，便于清楚分析數(shù)據(jù)。通過ReadData函數(shù)將保存的數(shù)據(jù)讀出來，然后在經(jīng)過畫圖函數(shù)繪制溫度曲線圖，在這里可以清楚地看到歷史數(shù)據(jù)，這樣做便于實(shí)驗數(shù)據(jù)科學(xué)分析，這部分功能主要是顯示歷史溫度值和時刻，實(shí)驗結(jié)果如圖5所示。 圖5 實(shí)驗結(jié)果 4 結(jié)束語 該實(shí)時溫度采集與分析系統(tǒng)行能穩(wěn)定可靠，另外，本系統(tǒng)采用高性能的ATmega16單片機(jī)系統(tǒng)組成。選用高靈敏度的數(shù)字式