基于AVR单片机的智能仪表信号采集与显示系统设计

曼菱旦ABSTRACTWITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFSENSORTECHNOLOGY。HOWTOPROCESSSIGNALBECOMESMOREANDMOREIMPORTANTACCORDINGTOTHEDIFFERENTSENSOROUTPUTSIGNAL，THISPAPERPRESENTSASIGNALACQUISITIONANDDISPLAYSYSTEMBASEDONAVRMICROCONTROLLERATMEGAL6ITMAKESFULLUSEOFHIGHPERFORMANCEAVRMICROCONTROLLERCHIPRESOUMESANDEXTEMAIEXPANSIONOFTHECIRCUIT1TCANRECEIVEVARIOUSTYPESOFMEASUREMENTSIGNALS1THASASTRONGONLINEMODIFICATIONANDABUNDANTDISPLAYFUNCTIONSTHERELIABILITYOFMEASUREMENTSIGNALISIMPROVEDBYHARDWAREANDSOFTWAREANTIJAMMINGMEANSKEYWORDSDATACOLLECTION；AVRSINGLECHIPCOMPUTER；ATMEGA6SYSTEMDESIGN；DIGITALFILTERO引言近年来，随着传感器技术的不断发展，特别是单片机技术的广泛应用，采用单片机构成的小型传感器测控系统越来越多。因为它们很好地结合了单片机的价格低，功能强，抗干扰能力好，温限宽和面向控制等优点。在这种测控系统中，单片机主要进行实时数据采集、数据处理、参数显示等任务。本文设计的基于AVR单片机ATMEGAL63的智能仪表信号采集与显示系统具有以下功能1无跳线技术，可随意改变输入信号类型，有多种显示方式；2可实现软硬件滤波抗干扰处理；3可进行零点、量程的调整，可进行全数字化冷端补偿；4设定参数断电永久保留及参数密码锁定；5具有参数上、下限越限报警和报警触点输出功能；6可实现通信和打印功能。1系统总体设计系统总体设计思想是以AVR单片机ATMEGA16为控制核心，根据系统所需完成的功能，设计系统硬件结构如图1所示。包括开关电源、输入信号采集与转换电路、信号显示及报警输出电路、键盘控制电路、打印机接口电路、时钟电路、串行通讯接口电路等。I臣巫臣JAVRAI4EGAI6一H机二画而图1系统硬件组成框图其中，开关电源电路提供单片机及各电路所需的电源。420MA电流信号、050MV热电偶输入信号、PT100热电阻信号、热敏电阻信号分别经过相应的输入转换电路转换为单片机可接受的05V电压信号后直接接至单片机A口引脚。AVR单片机A口引脚内置有AD转换电路，可将输入模拟电压信号转换为相应的数字信号。热敏电阻用来测量调节器所处环境温度，进行热电偶冷端补偿用的。下载接口电路用于和计算机相接下载程序。复位电路用于程序的硬复位，在参数超越上下限时可输出相应的触点信号。2系统硬件设计21输入信号采集与转换ATMEGAL6单片机有一个1O位的逐次逼近型ADE。ADC与欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息口经验交流口个8通道的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。现场来的420MA电流信号、050MV热电偶输入信号、FF100热电阻信号、热敏电阻信号分别经过相应的输入转换电路转换为单片机可接受的05V电压信号后直接接至单片机A口引脚。同时对转换后的数字量进行标度变换、数字滤波等数据处理，增加数据的可信度、提高稳定性和抗干扰能力。22电流一电压转换将由传感器送来的420MA电流信号转换成单片机所能接收05V电压信号，即IU转换。23电阻一电压转换将外部铂热电阻PTL00电阻信号转换成调节器内部单片机所接均电压05V信号，即RU转换。24数码管与液晶显示驱动本智能仪表显示部分包括1个液晶显示器和8个8位数码管。硬件电路如图2所示。液晶显示器显示状态信息、参数设置信息和时间等。其中上层4个数码管正常显示测量值和参数类型。下层4个数码管，正常测量时显示设定值，参数设置时显示参数值。数码管驱动选用MAX7219_4J，它是一个专用LED显示驱动芯片。可驱动八个LED数码管。内部有8字节显示静态RAM放置8个显示内容和5个特殊功能寄存器设定显示方式、亮度等。采用3线串行接口传送数据。为了能够提供形象直观的用户显示界面，系统采用图形液晶显示器YM1602CJ，它是一款专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示器，能显示162个字符。具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线，内部控制器为KS0066U，其接口电路简单，兼容性好，能与单片机直接连接，用于显示各种字符及图形。考虑到系统中汉字的使用量少，因此选用不带汉字库的LCD。对于使用的汉字分别提取其字模并以二进制形式保存于内部FLASHROM中。图2数码管与液晶显示驱动电路3系统软件设计系统软件流程如图3所示。主要包括系统初始化、数据采集及处理、参数设置、状态显示、报警处理等部分。图3系统软件流程图EICV01172010NO449口经验交流口31热电偶冷端补偿由于反映热电偶所测热源温度的热电势是在其冷端温度为OC时测量的，而实际应用中，热电偶冷端温度往往不是0，并可能受环境影响而变化，这种大幅度的环境温度变化可使热电偶的测量产生巨大误差，需要进行冷端补偿。本智能仪表通过热敏电阻RT_50K检测环温值，然后再根据环温值进行冷端补偿计算。表1为热敏电阻RT一50K的温度标度表。表1RT_50K分四段的温度一标度对照表环温值O1252537550标度值7697L1271695I223I程序编写如下INCLUDEINCLUDE预装的AD转换文件FLOATD，X，WD，HW；建全局变量VOIDMAINVOIDWHILE1DADCX4，600；读取PIN通道数据并进行数据处理XAD7100001023；对7道标度变换05V对应01000IFX76X97HWX一761259776；0125ELSEIFX127HW125X一9712512797；12525ELSEIFX1695HW25X一1271251695127；25375ESEIFX223HW375X一1695125X一1695；37550WDDHW1004141100温度转换数据处理XSWD；显示温度值X_7219D数码显示该数据；32软件抗干扰正常工况下采集的数据中由于传感器等原因带来不少噪声，在常见的滤波措施中，硬件滤波只是提高实时系统数据采集质量的措施之一，它和其他任何滤波技术一样，很难彻底抑制各种干扰。而数字滤波则是根据预定的滤波算法编制相应的程序以达到信号滤波的目的。由于是用程序实现滤波，因此其稳定性高，滤波参数修改方便。本智能仪表对数据进行平滑处理时建立了一个函数”“，其函数描述如下FOATADEXCHARADCINPUT，FLOATNADCX函数名，参数通道号，变换值FLOATX0；CHARI；ADCSRA0X83；初始化设置ADMUXADEINPUT10X40FORI0；I8；IADCSRA10X40；WHILEADCSI1A0XL00；ADCSRAL0XLO；XXADCWXX8；8次采集平均值XXN1023RETUMX仪器仪表用户4结束语ATMEGAL6单片机拥有丰富的片内资源、IO口以及外围设备。基于AVR高性能ATMEGAL6单片机设计的智能仪表采集与显示系统通过实验综合测试和实际应用检验，该系统具有人机界面友好，操作简便、显示准确、性能稳定、性价比高等优点。能够满足生产过程的要求，具有很好的推广前景。口参考文献1彭同明，徐学勤单片机原理及应用M北京中国电力出版社，20052李长林AVR单片机应用设计M北京电子工业出版社，20053胡学海单片机原理及应用系统设计M北京电子工业出版社，20074来清民传感器与单片机接口及实例M北京航空航天大学出版社，20085傅勤毅，李海浪单片机与液晶显示器的接121及应用J今日电子，2005，670726何希才常用传感器应用电路的设计与实践M北京科学出版社，20077田开坤，等基于AVR单片机捕获中断和热敏电阻的温度测量J现代电子技术，2008，31381408凌忠兴嵌入式系统中数字滤波的算法及软件流程J电测与仪表，2007，4449358619牛余朋，成曙单片机数字滤波算法研究J中国测试技术，2005。31697991O马忠梅，籍顺心，张凯，等单片机的C语言应用程序设计M北京北京航空航天大学出版社，200711张齐单片机应用系统设计技术基于C语言M北京电子工业出版社，2004作者简介邵联合1974一，男。讲师，工学硕士，主要研究方向为单片机应用与计算机自动控制。收稿日期20100119DOI103969JISSN16711041201004026基于神经网络对出塔水温的预测兰志超，曾德良，薛继斌，董宇翔华北电力大学控制与计算机工程学院。保定071003摘要为了解决电厂利用其他方法如迭代法计算出塔水温时。可能遇到