基于A(yíng)Tmega16的遠程溫差循環(huán)控制器的設計

該設計使用AVR單片機，運用RS 485技術(shù)以及NTC熱敏傳感器技術(shù)，研制開(kāi)發(fā)了該遠程溫差循環(huán)控制器。

1 系統結構和工作原理

遠程溫差循環(huán)控制器主要用于測量、顯示分體承壓太陽(yáng)能熱水器的水箱水溫、集熱器溫度、管道溫度及控制溫差循環(huán)、輔助電加熱、管道防凍和參數設置等?？刂破髦饕芍鳈C、從機、水溫傳感器、防凍傳感器等部分組成。主機核心為ATmega16單片機，通過(guò)RS 485與從機通信，顯示從機采集的溫度數據，并完成基本功能設置，把設置數據傳送給從機；從機也是以ATmega16單片機為主控器，完成數據采集和控制執行，其系統總體結構框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

遠程溫差循環(huán)控制器以ATmega16為核心，該單片機帶有串行接口，可以接485轉換芯片，實(shí)現RS 485通信；內置8位A／D模塊，可直接實(shí)現8通道模擬信號的A／D轉換輸入；帶有512 B的E2PROM，可以實(shí)現數據掉電保護。

2.1 主機電路

主機的主要功能是接收從機采集4路溫度數據，并顯示在128×64的液晶上；主機的另外一個(gè)功能是完成基本的設置，然后把設置參數發(fā)送給從機。主機主要由RS 485通信、鍵盤(pán)輸入、LCD顯示等幾個(gè)模塊組成。

2.1.1 RS 485通信

由于RS 485總線(xiàn)通信模式具有結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，通信距離和數據傳輸速率適當等特點(diǎn)，因而已廣泛應用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇控制、監控報警等領(lǐng)域。

在該設計中使用接口芯片MAX485，如圖2所示。該芯片是Maxim公司的一種RS 485芯片，采用單一+5 V電源工作，額定電流為300μA，采用半雙工通信方式。MAX485芯片的結構和引腳都非常簡(jiǎn)單，內部含有一個(gè)驅動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅動(dòng)器的輸入端，與單片機連接時(shí)只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當RE端口為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當DE端口為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的管腳PD2控制這兩個(gè)引腳即可。A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數據為1；當A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數據為0。

2.1.2 RS 485通信的抗干擾問(wèn)題

RS 485總線(xiàn)存在自適應、自保護功能脆弱等缺點(diǎn)，如不注意一些細節的處理，常出現通信失敗，甚至系統癱瘓等故障，因此提高RS 485總線(xiàn)的運行可靠性至關(guān)重要。

在該設計中，首先采用光電隔離。圖2中，四位一體的光電耦合器TLP521_1使單片機與MAX485之間實(shí)現了完全的電隔離，消除了相互干擾，提高了工作的可靠性。如圖2所示，單片機接收端RXD接TLP521_1的第13引腳；MAX485的RO接TLP521_1的第3引腳。這樣，當RO有信號輸入時(shí)，TLP521_1的第3引腳，通過(guò)光電耦合管使第13引腳有相應的電信號，從而降低了相互干擾。TXD，PD2的結構和RXD相同。其次，在RS 485的輸出端即A，B兩端加入信號限幅二極管D1～D4，其穩壓值應保證符合RS 485標準，D1和D3取12 V，D2和D4取7 V，以保證將信號幅度限定在-7～+12 V之間，進(jìn)一步提高抗過(guò)壓的能力?？紤]到線(xiàn)路的特殊情況(如某一節點(diǎn)的RS 485芯片被擊穿短路)，為防止總線(xiàn)中其他分機的通信受到影響，在MAX485的信號輸出端串聯(lián)了兩個(gè)3.3 kΩ的電阻R8和R10，這樣本機的硬件故障就不會(huì )使整個(gè)總線(xiàn)的通信受到影響。在應用系統工程現場(chǎng)施工中，由于通信載體是雙絞線(xiàn)，它的特性阻抗為120 Ω左右，所以在線(xiàn)路設計時(shí)，在RS 485網(wǎng)絡(luò )傳輸線(xiàn)的始端和末端應各接120 Ω的匹配電阻(如圖2所示中的R9)，以減少線(xiàn)路上傳輸信號的反射。通過(guò)上述幾點(diǎn)，可以有效地降低RS 485通信中的干擾。