基于ATmega16的簡易核桃烘干控制器設(shè)計(jì)*

王 佩，寇德萬，鄒 超，楊 震

(陜西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，陜西 咸陽 712000)

1 引言

隨著核桃種槙面積的增大和農(nóng)村勞動(dòng)力成本的增加，僅靠自然晾曬已不能滿足核桃干燥要求，各核桃主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)大量的簡易核桃烘干爐，雖然解決了核桃烘干的需求，但溫度檢測還主要靠人觀察，不能控制烘干溫度，生產(chǎn)效率低，影響核桃烘干品質(zhì)。

根據(jù)用戶要求，筆者開發(fā)了簡易核桃烘干控制器，解決了核桃烘干的自動(dòng)控制需求。該控制器以ATmega16為主控制芯片，溫度檢測采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，四位數(shù)碼管顯示，增、減鍵設(shè)定溫度值，風(fēng)機(jī)控制和報(bào)警兩路繼電器輸出，溫度檢測準(zhǔn)確，數(shù)字顯示直觀，操作簡捷方便，適合廣大農(nóng)村使用。

2 烘干控制器功能及技術(shù)參數(shù)［1-2］

2.1 烘干控制器功能

通過采集烘房內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，根據(jù)溫度設(shè)定值控制加熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)停止，并在溫度長時(shí)間超出設(shè)定范圍時(shí)報(bào)警。其功能如下:①DS18B20數(shù)字溫度傳感器檢測溫度;②四位數(shù)碼管顯示檢測溫度和設(shè)定值;③當(dāng)檢測溫度小于設(shè)定值3℃時(shí)，風(fēng)機(jī)通電;④當(dāng)檢測溫度大于設(shè)定值時(shí)，風(fēng)機(jī)斷電;⑤當(dāng)檢測溫度小于設(shè)定溫度5℃或大于設(shè)定溫度5℃超過10 min，報(bào)警器通電，并且溫度顯示前顯示L或H。

控制器設(shè)定操作簡單方便，易于推廣應(yīng)用。操作過程如下:①當(dāng)溫度顯示前顯示L或H時(shí)，按任意鍵，解除報(bào)警;②當(dāng)溫度顯示前為空時(shí)，按任意鍵，設(shè)定值閃爍，此時(shí)按【增加】鍵設(shè)定值增0.5℃，按【減小】鍵設(shè)定值減0.5℃，常按鍵快速增減。3 s無按鍵，設(shè)定完成，返回正常顯示狀態(tài)。設(shè)定值范圍為10.0～90.0℃。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

其控制器的主要技術(shù)參數(shù)為:電源電壓:220V±10%;顯示溫度:0～99.9℃，控制范圍:10～90℃;風(fēng)機(jī)控制:1路繼電器輸出;報(bào)警控制:1路繼電器輸出。

3 硬件電路設(shè)計(jì)［3-4］

3.1 電源設(shè)計(jì)

控制器電源為AC220 V供電，前級(jí)加壓敏電阻和保險(xiǎn)管保護(hù)電路。通過1.8 W的220/6 V變壓器，整流1117-5.0穩(wěn)壓輸出，為控制器提供5 V電源。電源原理圖如圖1所示。

圖1 電源原理圖

3.2 CPU選用

控制器選用ATMEL公司生產(chǎn)8位AVR處理器ATmega16芯片作為控制器，它具有高性能、低功耗、接口多、功能齊等優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)支持也很豐富，ATmel公司提供的AVR Studio編程環(huán)境操作方便可靠，編程選用WinAVR C語言，軟件資源豐富，移植方便。

3.3 溫度傳感器電路

DS18B20的線路極其簡單，只要求1個(gè)4.7 kΩ上拉電阻，在實(shí)際使用中，為了提高測量的抗干擾能力，加一個(gè)阻容濾波電路，使得測量更加可靠。溫度傳感器電路如圖2所示。

圖2 溫度傳感器電路

3.4 數(shù)碼管顯示和按鍵電路

按鍵和顯示部分使用深圳天微TM1618芯片。TM1618是一種帶鍵盤掃描接口的LED驅(qū)動(dòng)控制專用電路，內(nèi)部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅(qū)動(dòng)、鍵盤掃描等電路。其3根控制線DIO(數(shù)據(jù))、CLK(時(shí)鐘)、STB(片選)分別聯(lián)接CPU的PB2、PB1、PB0。顯示使用SM42056四位共陰數(shù)碼管，顯示測量溫度和設(shè)定溫度。兩個(gè)操作按鍵分別為增加鍵和減小鍵，用于改變溫度設(shè)定值。按鍵顯示電路如圖3所示。

圖3 按鍵顯示電路

3.5 輸出電路

輸出控制為兩路繼電器接口。HK4100F-DC5V-SHG繼電器需要使用2個(gè)，雖然ATmega16可以直接驅(qū)動(dòng)，但為了減少CPU功耗，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，每個(gè)繼電器用1個(gè)8050三極管驅(qū)動(dòng)，繼電器線圈加二極管保護(hù)減少干擾。繼電器輸出觸點(diǎn)并聯(lián)壓敏電阻保護(hù)觸點(diǎn)，提高使用繼電器使用壽命。繼電器電路如圖4所示。

圖4 繼電器電路

3.6 線路板設(shè)計(jì)

控制器設(shè)計(jì)用72×72×100的表頭，設(shè)計(jì)三塊線路板。左側(cè)板為電源板，前板為顯示按鍵板，右側(cè)板為CPU和輸入輸出板。左側(cè)板和右側(cè)板的外接線與表頭端子焊接相聯(lián)，與前板接線由7孔插針連接，方便調(diào)試維修。側(cè)板分別裝在表頭卡槽內(nèi)，使各線路板緊固安裝在表殼內(nèi)。

4 軟件設(shè)計(jì)［5］

軟件編程使用WINAVR C語言，編程環(huán)境為ATmel官方提供的AVR Studio 4。軟件包括初始化、溫度測量、鍵盤響應(yīng)、數(shù)據(jù)顯示、控制輸出等部分。具體設(shè)計(jì)不在此贅述，程序設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

5 設(shè)備調(diào)試

取回線路板后，先與表頭試裝，對(duì)尺寸差異進(jìn)行修整。先焊接電源板，接通電源檢測，變壓器輸出、整流橋輸出、5 V輸出均正常。再焊接顯示板和CPU板，將插板連接，檢測各板5 V電源均正常。連接編程器接口，根據(jù)TM1618數(shù)據(jù)文件編寫顯示程序，點(diǎn)亮顯示，編寫數(shù)字顯示程序。根據(jù)DS18B20數(shù)據(jù)文件編寫溫度測量程序并顯示。編寫按鍵程序和風(fēng)機(jī)控制程序，完成程序連調(diào)。

6 結(jié)語

該控制器配上強(qiáng)電控制電路，制做成控制箱，已經(jīng)在漢中、商洛等地進(jìn)行了試驗(yàn)，農(nóng)戶們對(duì)使用的情況反映良好，比起沒有控制設(shè)備之前的烘干情況，有很大的改善。

核桃烘干控制系統(tǒng)的研發(fā)成功和推廣，尤其是單片機(jī)控制的智能控制儀器，在很大程度上節(jié)省了能源的浪費(fèi)，節(jié)省了人工成本，為作物烘干的發(fā)展前景做了很好的鋪墊。該系統(tǒng)的應(yīng)用前景是非常廣泛的，比如烘干茶葉，木耳，香菇等需要干燥處理的農(nóng)產(chǎn)品皆可使用本系統(tǒng)。

［1］ ATmega16數(shù)據(jù)手冊(cè)［OL］.hppt://www.atmel.com，2010-07-01.

［2］ TITAN MICRO ELECTRONICS.TM1618產(chǎn)品手冊(cè)［OL］.http://www.titanmec.com，2011-04-18.

［3］ 閆 冬.單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法［J］.集成電路通信，2006，24(4):24-26.

［4］ 強(qiáng)錫富.傳感器［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［5］ 陳學(xué)平.Protel2004［M］.北京:人民郵電出版社，2005.