基于ATmega16的远程温差循环控制器设计-工业控制
基于ATmega16的远程温差循环控制器设计 2011-05-03 09:49:19来源:互联网
O 引言
太阳能与建筑一体化是城市建筑发展的必然趋势,分体承压太阳能热水器是太阳能发展的基本方向。由于分体式太阳能热水系统的集热部分与储热水箱相互分离,二者由管道连接,需要配套温差循环换热控制装置才能工作。目前,市场上使用的温差循环换热装置基本都是单机工作,这就要求安装在离太阳能热水器就近的位置,操作人员必须爬上楼顶才能完成基本的信息查看和基本功能操作。该设计很好地解决了这个缺点,使用AVR单片机,运用RS 485技术以及NTC热敏传感器技术,研制开发了该远程温差循环控制器。
l 系统结构和工作原理
远程温差循环控制器主要用于测量、显示分体承压太阳能热水器的水箱水温、集热器温度、管道温度及控制温差循环、辅助电加热、管道防冻和参数设置等。控制器主要由主机、从机、水温传感器、防冻传感器等部分组成。主机核心为ATmegal6单片机,通过RS 485与从机通信,显示从机采集的温度数据,并完成基本功能设置,把设置数据传送给从机;从机也是以ATmegal6单片机为主控器,完成数据采集和控制执行,其系统总体结构框图如图1所示。
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2 系统硬件设计
远程温差循环控制器以ATmegal6为核心,该单片机带有串行接口,可以接485转换芯片,实现RS 485通信;内置8位A/D模块,可直接实现8通道模拟信号的A/D转换输入;带有512 B的E2PROM,可以实现数据掉电保护。
2.1 主机电路
主机的主要功能是接收从机采集4路温度数据,并显示在128×64的液晶上;主机的另外一个功能是完成基本的设置,然后把设置参数发送给从机。主机主要由RS 485通信、键盘输入、LCD显示等几个模块组成。
2.1.1 RS 485通信
由于RS 485总线通信模式具有结构简单,价格低廉,通信距离和数据传输速率适当等特点,因而已广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。
在该设计中使用接口芯片MAX485,如图2所示。该芯片是Maxim公司的一种RS 485芯片,采用单一+5 V电源工作,额定电流为300μA,采用半双工通信方式。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端,与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可。RE和DE端分别为接收和发送的使能端,当RE端口为逻辑0时,器件处于接收状态;当DE端口为逻辑1时,器件处于发送状态,因为MAX485工作在半双工状态,所以只需用单片机的管脚PD2控制这两个引脚即可。A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时,代表发送的数据为l;当A的电平低于B端时,代表发送的数据为0。
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2.1.2 RS 485通信的抗干扰问题
RS 485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点,如不注意一些细节的处理,常出现通信失败,甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS 485总线的运行可靠性至关重要。
在该设计中,首先采用光电隔离。图2中,四位一体的光电耦合器TLP521_1使单片机与MAX485之间实现了完全的电隔离,消除了相互干扰,提高了工作的可靠性。如图2所示,单片机接收端RXD接TLP521_l的第13引脚;MAx485的RO接TLP521_1的第3引脚。这样,当RO有信号输入时,TLP521_1的第3引脚,通过光电耦合管使第13引脚有相应的电信号,从而降低了相互干扰。TXD,PD2的结构和RXD相同。其次,在RS 485的输出端即A,B两端加入信号限幅二极管D1~D4,其稳压值应保证符合RS 485标准,D1和D3取12 V,D2和D4取7 V,以保证将信号幅度限定在-7~+12 V之间,进一步提高抗过压的能力。考虑到线路的特殊情况(如某一节点的RS 485芯片被击穿短路),为防止总线中其他分机的通信受到影响,在MAX485的信号输出端串联了两个3.3 kΩ的电阻R8和R10,这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。在应用系统工程现场施工中,由于通信载体是双绞线,它的特性阻抗为120 Ω左右,所以在线路设计时,在RS 485网络传输线的始端和末端应各接l2O Ω的匹配电阻(如图2所示中的R9),以减少线路上传输信号的反射。通过上述几点,可以有效地降低RS 485通信中的干扰。
2.1.3 输出显示和键盘输入电路
液晶显示用的是OCM中128×64的液晶,该液晶显示模块为128×64点阵型液晶显示模块,既可显示各种字符及图形,又可以显示4行汉字刚好符合该设计要求,显示4路温度,并可与CPU直接接口,具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线。该设计中,由于单片机接口预留有限,所以LCD与单片机的连接采用串行数据输入方法,数据通过单片机PA7与LCD串行输入端的第4引脚相连;PA4、PA5为片选信号,
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