ATMEGA单片机（精选7篇）
ATMEGA单片机 篇1
0 引言
影响植物生长的主要因素有土壤含水量、环境温度、光照度、土壤成分等。随着科技的发展,越来越多现代农业采用智能化控制系统来进行农业生产管理[1]。城市家居菜园采用智能化系统可对植物生长的条件进行合理调节,实现植物优化生长。采用ATmega16单片机,设计一种具有土壤湿度、温度、光照度检测及控制功能的智能化管理系统。根据现场管理实际需要,可采取人工调节或智能化调节模式,对植物生长环境(土壤含水量、光照度、温度)进行调节,达到优化组合的效果。同时,可以利用该系统实现远程测控。
1 系统组成
系统结构如图1所示。采用湿度、温度和光照度传感器采集植物生长环境的土壤湿度、环境温度和光照度,并转换为电信号供给单片机;单片机对环境数据进行分析处理,根据系统设定的软件策略分别对土壤湿度、环境温度、光照度进行输出调节,从而达到优化植物生长环境的目的。键盘、显示以及音乐提示为用户提供了一个与系统进行交互的工具和界面,用户通过显示能清楚了解当前环境的参数和系统的工作模式,通过键盘可以对系统的工作模式和参数进行设置和更改。系统与上位机采用串口进行数据通信。若在系统与上位机之间加装无线收发模块,用户就可以在上位机上实现对系统的远程监控。
2 系统硬件
2.1 温度、光照度采集电路
温度、光照度采集电路如图2所示。采用Pt100温度传感器将环境温度的变化转换成电压变化,信号经过运算放大后送给单片机的模拟量输入端;采用光敏电阻将光照变化转换成电压变化,利用电压比较器判断是否需要进行光照的补充。
2.2 湿度采集电路
湿度采集电路如图3所示。采用由TL431组成的恒流源,用运放构建100Hz锯齿波发生器,用555集成电路构建斯密特触发器。当单片机输出检测控制信号时,恒流源通过探针向检测土壤输出1mA左右的稳恒电流,探针两端便会产生电压信号;将此信号送入电压比较器与锯齿波信号进行比较,得到脉宽变化的PWM波,经脉冲整形电路后送入单片机的输入端;利用单片机的输入捕获功能可以测得代表土壤湿度的PWM波,将其第一个脉冲的脉宽作为土壤湿度的当前状态。这种方法实现的土壤湿度测量具有良好的稳定性和准确性。
2.3 输出控制
系统采用PLC的继电器输出控制方式。用户可以利用系统提供的继电器输出触头相应接入电磁阀、水泵、光源、加热器等设备,实现湿度、温度、光照度等控制的运行与停止。
2.4 其它硬件
系统采用键盘和液晶显示器作为人机接口界面,并配有音乐提示功能。串口通信电平转换采用MAX232。
3 系统软件实现
对于湿度、温度和光照度,系统分别实现手动和智能两种控制模式。手动模式下,由人工操作湿度、温度和光照度输出控制的开关;智能模式下,系统根据用户设置的湿度、温度、光照度参考值,操作湿度、温度和光照度输出控制的开关。以湿度控制为例进行说明。
智能模式下湿度控制具有定时控制和自动控制两种方式。工作在定时模式时,用户可以设定湿度控制输出的时间间隔、每次输出的时间长度和循环次数;工作在自动模式时,系统根据用户设置的“湿润”、“干燥”参考值进行输出控制,当土壤达到“干燥”参考值时开始输出,直到土壤到达“湿润”参考值时停止,同时,若系统检测到环境温度高于30℃,则强制关闭输出,防止高温补水。
3.1 湿度采集的程序实现
湿度采集流程图如图4所示,程序为:
3.2 湿度参考值设置的程序实现
湿度参考值设置流程如图5所示,程序为:
{.....提示“请插入干燥土壤并保存”......
{......按键是否被按下......
SREG|=BIT(7);//开总中断
PWM_CN_H;//为湿度采集电路通电
EEPROM_write(0x00,pulse_clocks/256);//记录数据高8位
EEPROM_write(0x01,pulse_clocks%256);//记录数据低8位
SREG&=(～BIT(7));//关总中断
}
3.3 上位机软件
系统上位机软件采用VisualBasic 6.0语言编写,并应用串口通信控件实现与检测系统的数据交换(RS-232通信协议),使用户可在电脑上通过网络实现信息了解和指令控制。
4 结语
采用ATmega16单片机设计制作的植物生长环境调节系统具有操作简单、检测准确、运行稳定的特点,适用于农业蔬菜大棚、园林花卉培植、阳台植物种植等的管理。但植物生长还与土壤的pH值、环境的通风情况等很多因素有关,同时土壤湿度、环境温度、光照度三者之间存在一定的关联,因此该系统还有待进一步研究。
参考文献
[1]范濂.发展现代农业的实践与探索(第1版)[M].北京:中国农业科学技术出版社,2008
[2]胡学海.单片机原理及系统设计实用教程[M].北京:化学工业出版社,2012
[3]姚志恩,司杰.一种土壤湿度检测的方法和电路设计[J].现代电子技术,2013,(8)
ATMEGA单片机 篇2
1 硬件设计
电能收集器系统的两大部分功能:主电路的功能是实现电能的变换,也就是将输入的不稳定的电能转换为以恒压方式输出的电能;控制电路的主要功能则是监测系统状态、控制主电路通路、显示系统参数等[6]。良好的硬件电路设计是整个项目必不可少的一部分。电能收集器模块图如图1所示。
1.1 电压采样电路
本设计预期风机的输入电压为0~40 V,由于实验室直流源的输入电压值仅为0~32 V,故测量的参数仅仅只是预期值的一个子集。由于控制电路采用5 V直流供电,因此ATmega16的A/D采样范围就是0~5 V,为了能测量40 V的最大值,需要将风机的输入电压值经过一定比例的缩小后,再交由单片机处理。
使用一个滑动变阻器,将风机输入的电压经电阻分压后再由单片机进行A/D转换。这种方法最重要一点就是需要对输入电压Vin进行标定,即使用一台标准的直流源与ATmega16的A/D进行对比,不断调节滑动变阻器的旋钮,直到整个0~40 V的范围内误差最小。标定的准确性在很大程度上决定了整个系统A/D的准确性。一旦完成对输入电压的标定之后,就必须对可调电阻的调节旋钮进行固定(如进行蜡封、漆封),不可以再改变滑动变阻器的阻值。如图2所示。
1.2 升降压通路选择电路
本项目中DC/DC变换是硬件电路中最重要的部分,包括升压和降压。升降压通路选择电路在本设计中显然更为重要,系统核心元件ATmega16监测风机输入电压后,即通过此电路选择是升压还是降压部分切换到主电路中,实现蓄电池充电。ATmega16单片机的输出电流最大可达20 mA,只需配合一个普通的三极管就能够控制继电器了。本项目以PNP三极管为例,设计出如图3所示的通路选择电路:当输入电压小于14 V时,ATmega16的PORTC.2引脚输出高电平,三极管截止,继电器两端失电,触点为动断,选择升压通路;而当输入电压大于或等于14 V时,ATmega16的PORTC.2引脚输出低电平,三极管导通,继电器两端得电,触点为动合,选择降压通路。图3中二极管作用是吸收继电器线圈断电产生的反向电动势,防止反向电势击穿三极管;电阻和发光二极管组成一个继电器状态指示电路,当继电器吸合时,LED亮,可直观看到继电器状态,便于电路调试与查错。
2 软件设计
该设计利用Protues仿真软件完全可以实现本设计的全部内容(由于篇幅关系,这里不作详细介绍);本设计程序的开发将围绕着ATmega16的特性来论述。电能收集器的程序设计采用模块化设计方法,将待开发的软件系统划分为若干个相互独立的模块,主要包括主程序模块和子程序模块。主程序流程图如图4所示,主程序开始首先进行初始化,包括参数初始化、禁止JTAG使能、系统硬件初始化及液晶初始化。初始化程序仅在开机运行时执行一次,执行完毕后,程序就进入到循环中,持续处理系统的各项任务。在主程序的循环当中,包含有A/D子程序、液晶显示子程序、测温子程序等,正是有了主程序对这些子程序的正确调用,整个系统才能稳定连续运行。
3 数据测试与分析
该设计使用的蓄电池为12 V铅酸蓄电池,充电电压取为13.8 V。结合图5的曲线可知,该电能收集器的输入输出特性曲线较平滑,在3~32 V输入条件下,空载输出电压大都能保持在13.61~13.99 V之间,且输出电压的范围在恒压适宜充电区间(即13.2~14.4 V)之内,所以电能收集器的空载电压基本上满足了设计要求。但是,由图5可知,电能收集器在输入略大于14 V时,有一小段输出电压较低——最低仅有12.65 V,这主要是由于电能收集器在输入大于14 V后,继电器触头发生跳变,主电路由升压电路切换为降压电路所致。解决方法之一,可以将继电器的切换电压增大,那么特性曲线就能更加平滑。
随着测量电压值的增大,A/D转换测量的误差绝对值也在增加(如图6所示),但是总体上还是能比较准确的反应出实际电压值的大小。就相对误差来说,除了1 V和2 V的相对误差比较大之外,其他的误差值都小于5%,所以本项目的A/D转换比较可靠。
4 结语
该设计主电路采用MC34063开关型电源芯片,连接成升压及降压电路,分别对不同的输入电压采取不同的处理方式,最终输出纹波小、性能高的电压。控制电路采用Atmel公司生产的ATmega16低功耗单片机,相较于C51系列的单片机,本系统更加节能、控制速度更快、外围元器件更少。实验证明,对实际应用具有一定的参考价值。
摘要：本文以离网型风力发电装置为研究对象,选择了以Atmel公司生产的ATmega16单片机为核心,采用MC34063开关型电源芯片作为主要变能器件,根据风机产生的输入电压,通过单片机产生合适的控制信号,控制DC DC变换器工作,实现对蓄电池的有效充电。该研究对实际应用具有一定的参考价值。
关键词：ATmega16,MC34063,电能收集器,直流斩波电路
参考文献
[1]史志国.离网型风力发电智能充放电控制器的设计[D].呼合浩特:内蒙古工业大学,2009.
[2]严培.多功能智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现[J].蓄电池,2007(2):64-67.
[3]刘高明,毛景魁.基于单片机的镍氢电池充电控制器设计[J].信息工程大学学报,2008,9(3):379-381.
[4]周志敏,纪爱华.铅酸蓄电池修复与回收技术[M].北京:人民邮电出版社,2010.
[5]郭忠银,高飞燕.基于MC34063的开关电源设计[J].工业控制计算机,2010(2):100-101.
ATMEGA单片机 篇3
利用太阳能发电,无论是光伏电站还是小型户用光伏电源,光伏控制系统都是连接太阳能电池模块和铅酸蓄电池模块的关键,也是整个光伏系统的智能核心[1,2]。它不仅控制整个系统工作状态(包括太阳能电池和蓄电池充放电),还能够对系统的可靠运行提供保障,有效提高蓄电池的使用寿命和充放电质量。因此,针对12/24V具有自动切换功能的户用光伏电源设计了一种基于ATMEGA8L单片机控制的系统,旨在实现以上功能,并且有效提高蓄电池的使用寿命和充放电质量。
1 硬件构成
设计的12/24V光伏电源系统主要由太阳能电池、以单片机为核心的充放电电路与1 2 V阀控式铅酸蓄电池组组成,其结构如图1所示。仅对系统充放电电路作重点介绍。
1.1 ATMEGA8L微控制器
具有R I S C结构的A T M E G A 8 L芯片[3],属于美国ATMEL公司AVR高档单片机之一,是一款带内部基准和高速转换控制的6通道10位A/D转换器、8k B闪速存储器、512B的E2PROM存储器,可内外部中断、C语言编程、每个I/O口可提供40m A的电流、片内RC振荡可达8MHz且频率可校正、工作电压2.7~5.5V。由于该芯片支持在线编程(ISP),即程序可通过串行编程接口(SPI)或USB接口下载到8 k B闪存,因此不需外加存储器作为程序存储器。ATMEGA8L单片机的各引脚功能可参见文献[3]。
1.2 充电电路
光伏电源系统的充电电路的构成如图2所示。电路主要由太阳能电池板、T L 4 9 4电流型P W M脉宽调制芯片[4]、电力场效应管Q1、蓄电池和精密电阻R1等器件构成。充电方式采用过电压恒流和恒压限流2个过程相结合[5,6],即首先以过电压恒定电流对蓄电池进行充电,当充电程度接近100%时,转入到恒定电压、微小电流的方式进行浮充。
由TL494 PWM脉宽调制芯片、ATMEGA8L单片机和以精密电阻、运放等检测元件构成的充电闭环控制回路[7],实现了充电电压、电流调节和12/24V电源电压的自动识别。ATMEGA8L单片机的PC1、PC2、PC3 3个A/D模拟量输入通道采集的分别是太阳能电池电压、蓄电池电压和充电电流。当充电条件满足时,由单片机P D 7引脚输出低电平控制TL494的4脚进行工作。
1.3 12/24V工作方式切换
蓄电池电源工作方式能够自动进行识别和切换,识别是通过单片机的PC1、PC2口检测,工作方式由PD5引脚的输出电平控制晶体管Q2和TL494相应状态实现切换[8],12V电源工作方式时引脚输出低电平,24V电源工作方式时引脚输出高电平。
1.4 放电电路
光伏电源系统的放电电路的构成如图3所示。电路由蓄电池、功率场效应管Q 3、负载和精密电阻R 2构成,其中ATMEGA8L单片机的PC5、PC6两个A/D模拟量通道输入的是对负载通断状态和放电过程中存在的负载短路和过载状态的检测;Q 3的通断由单片机的P D 6引脚电平和三极管Q4控制,高电平有效;引脚PD2、PD3的输出用于负载正常工作和故障报警指示。
2 主要功能及性能指标
系统能够实现的主要功能有蓄电池12/24V电源电压自动识别及切换、充电电压/电流自动调节、负载短路/过载保护等。
表1为12/24V光伏电源系统经试验测定得到的主要技术指标。
3 软件设计
系统软件采用C语言编写[9,10],由主程序和子程序模块组成,主程序由变量及端口的初始化、A D C采样、蓄电池连接判断、蓄电池极性及12/24V电池类型判断等语句组成,程序流程如图4所示;子程序分为12/24V 2个充电程序块,每个模块都包含充电电压/电流调节、过充及负载短路/过载保护等功能。
4 结语
基于ATMEGA8L单片机和TL494 PWM芯片设计的智能光伏电源,设计成本低,结构简单。经实际使用和测定,电源运行稳定,工作可靠性明显提高,蓄电池的充放电质量得到改善,进一步提高了蓄电池的使用寿命;同时,该电源系统工作的各项技术性能都能满足产品化要求。
参考文献
[1]叶雷霖,高衡初.光伏户用电源系统的研究与设计[J].能源研究与利用,2001,(1)
[2]汤叶华,谢建.光伏技术的发展现状[J].可再生能源,2005,(3):68-69
[3]马潮,詹卫前.ATMEGA8原理及应用手册[M].北京:清华大学出版社,2003
[4]李钊年,张志福,师玉宝.光伏电源智能充电控制系统的设计[J].现代电子技术,2006,(3):110-111
[5]王菊芬,杨海平,李宣富.光伏系统中蓄电池过充放电控制系统的设计[J].电池工业,2003,8(6):27-29
[6]计长安,张秀彬,何斌,等.基于MCU的光伏控制系统[J].微计算机信息,2005,21(3):46-47
[7]张志福.TL494在密封铅酸电池充电器中的应用[J].青海大学学报,2005(,4):26-28
[8]于军,翟玉文,孙陆梅.TL494脉宽调制器集成电路的研究[J].吉林化工学院学报,2005,2(23):47-49
[9]马忠梅.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,2008
ATMEGA单片机 篇4
目前,防窃电表箱防窃电方法有很多种,其中以行程开关和防窃电控制器组成的防窃电表箱的应用最普遍、最有效。本文主要讨论基于ATmega64单片机的防窃电控制器的方案设计。
1 防窃电表箱架构原理及防窃电控制器的总体设计
防窃电表箱主要由系统控制断路器、防窃电控制器、电表和用户断路器等部件组成。
系统控制断路器控制电网下行的用电;防窃电控制器用于监控表箱门的开关状态,根据实际的情况发出报警信息、抄表信息、对系统控制断路器的进行控制和上行(管理后台)数据通讯等;电表是用来计量用户所使用的电能;用户断路器是用户自用控制断路器,实现一些常用的断电需求功能。防窃电表箱的架构原理如图1所示。
防窃电控制器作为防窃电表箱的核心部件,其功能要求:具有正确门状态判断功能、具有用户信息的识别功能、具有数据信息的存储功能、具有远程通信功能、具有电表数据采集功能、报警指示功能、断路器控制能力和在断电后一定时间内能正常工作等功能。其性能要求:工作稳定、具有可靠的自恢复能力、能抗强烈的电磁干扰、具有较小的电能消耗和适应高低温的工作环境。
防窃电控制器总体设计如图2所示。MCU模块通过表箱门检测电路判断表箱门所处的状态,当表箱门处于打开时,MCU通过钥匙读取电路与电子钥匙进行数据通讯,判断用户的合法性,同时MCU读取I2C模块的时钟信息,获得状态变化时的时间点,再将数据和时间存储到数据存储电路中,然后将数据通过GSM/GPRS模块采用GPRS上网的方式传输到管理平台,完成表箱门状态的报警和数据通信工作。MCU模块通过断路器控制电路完成对下行电路的断电控制,通过抄表通讯电路实现读取电表数据。
2 硬件实现
2.1 MCU模块
MCU模块采用Atmel公司基于AVR RISC结构的高性能、低功耗的8位微处理器ATmega64[1]。它具有64K字节的系统内可编程Flash程序存储器、2K字节的EEPROM非易失性程序、4K字节片内SRAM、53个可编程的I/O口、2个8位和2个16位定时器/计数器、2个UASRT口、1个I2C口、一个SPI接口、8路10位ADC、JTAG片上调试和编程接口、8个外部中断接口、6种可以通过软件选择的省电模式以及2.7-5.5V宽范围的工作电压[2,3]。基于将AVR RISC结构的8位CPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内,AT-mega64为许多嵌入式控制应用提供了易学、灵活、好用且成本低的方案[4]。
ATmega64采用两个中断信号交替检测门的状态、一个I2C口用于采集时间和读取钥匙信息、一个SPI口存储数据、一个串口专用读取电表数据信息、一个串口专用于GSM/GPRS通讯、一路ADC通道采集电池电量信息作为控制电池的通断和充电的依据,采用其中一种省电运行模式延长设备的工作时间和节约电能。
2.2 电源模块
电源模块由交流转直流降压电路、主备电源切换和电池充电电路组成。
交流转直流降压电路采用AC转DC的电源模块,将交流220V转变为直流5V,作为控制器的主电源,为整个防窃电控制器供电;并再次降压为直流3.3V,为系统电路供电,提高系统的抗干扰能力。
主备电源切换电路是由电压检测电路和MOS管及外围元器件组成,当外部电源断电时,经主备电源切换电路,会自动打开电池电源为系统供电;当外部电源上电后,经主备电源切换电路,会自动切换到外部电源供电,并断开电池电源。
电池充电电路是由MOS管、电池充电管理芯片和一个通道的ADC转换电路组成。当ADC检测到电池容量不足时,经MOS管和电池充电管理芯片完成对电池的充电。
2.3 表箱门检测电路
表箱门检测电路由微动行程开关及周围元器件组成。能产生两路中断信号,分别连接到MCU模块的外部中断引脚上,完成对表箱门开门和关门两种状态的检测。
2.4 钥匙读取电路
钥匙读取电路由钥匙供电电路和I²C通信保护电路组成。在开始读取钥匙信息前,先通过供电电路给电子钥匙供电,再对电子钥匙的数据进行读取校验,判断用户的身份和级别,在通讯完成后切断电子钥匙的电源,保护电子钥匙和接口电路的安全。
2.5 I2C时钟模块
I2C时钟模块由芯片RX8025及外围元器件组成,它内置32.768KHz的时钟晶体,提供I2C协议的对外接口。它有两路外接中断端口,能产生月、小时、分钟、秒等形式的中断方式,为本系统提供实时的时间数据,和定时信号。
2.6 数据存储电路
数据存储电路由芯片AT45DB081D及外围元器件组成,它是8M位FLSAH存储器,内部带有两个264个字节可独立读写数据缓冲区[5]。AT45DB081D通过SPI接口与MCU模块通讯,按照一定的方式存储系统各种的报警信息、数据和参数。
2.7 GSM/GPRS通讯模块
GPRS网络是基于IP地址的数据分组通信网络,远程监控端部分的上位主机配置固定的IP地址,防窃电控制器采WAVECOM公司的Q39 GSM/GPRS模块,以GPRS的通信协议方式完成与后台上位机之间各种信息之间的传递[6]。Q39与MCU模块接口电路如图3所示。管脚1到5是+4.2V电源的接口、管脚4到6是接地信号、管脚15是GPRS模块的启动信号输入脚、管脚17是来电振铃信号、管脚18是GPRS模块的串口输入口(RXD)、管脚19是GPRS模块的串口输出口(TXD)、管脚24到28是SIM卡与GPRS模块连接接口、管脚31是GPRS模块复位输入电路、管脚32是GPRS模块的指示状态接口。在GPRS模块启动时,MCU模块向GPRS模块的15脚发出启动信号,当GPRS模块硬件启动完成后,分别通过18脚和19脚与MCU的TXD0、RXD0进行数据通信。
2.8 断路器控制电路
断路器控制电路由5VDC小功率继电器及继电器驱动电路组成。当MCU模块根据实时情况,下发断电指令脉冲时,继电器驱动电路驱动继电器动作,给系统断路器提供跳闸电能,由于断路器的跳闸会产生很大的电磁冲击的电磁干扰,因此在系统电路的设计中最好加入防电磁干扰电路有利于提高系统的抗干扰能力和系统稳定性。
2.9 抄表通讯电路
抄表电路是由MAX3485及周围元器件组成,使用RS485通讯方式与电表连接,及时读取相关的电表数据信息,方便系统对此用户核查、巡检和安全分析。
2.1 0 报警及指示电路
报警指示电路是用来显示系统的运行状况、通信状况、操作步骤提醒和本地报警等功能。
3 软件实现
系统软件设计包括上位机后台接口程序设计、后台数据库设计、前端信息浏览软件设计和防窃电控制器中ATmega64的程序设计四部分。
上位机后台接口程序完成将移动互联网获得的数据信息进行缓冲预处理,翻译成后台处理系统可识别数据,然后传送到后台数据处理程序。
后台数据库程序主要完成将后台接口程序送过来的预处理数据进行分析处理,完成用户信息的判别、数据类型的判别,最后再将数据按用户的索引进行分类存储。
前端信息浏览软件主要采用网页的形式进行展现,采用轮循查询的方式查询数据库的数据信息,将有报警信息的用户及时的反映到网页中,并发出报警声提醒监控人员。
ATmega64的程序主要包括模块底层的驱动设计和软件的主控设计。驱动设计完成与模块之间的通信如与数据存储器通讯、I2C时钟模块、电子钥匙、GPRS模块等等的通信。主控程序负责完成系统的初始化、各模块之间的连接控制、主电源和备用电源的转换控制、通信数据的处理,循环查询表箱门的状态,并根据门状态的变化,完成钥匙的读取和校验、信息的记录存储、告警信息和数据的发送和断电的控制等等操作。主控程序单元设计流程如图4所示。
4 结束语
本文提出的基于ATmega64单片机的防窃电控制器的设计方案现在已经是成型的产品,现已应用于很多中小型供电用户。由于该设计系统工作稳定、抗干扰能力强、使用方便,防窃电效果好,已经得到当地供电公司的认可。
摘要：这里介绍一种新型的防窃电控制器,采用AVR单片机ATmega64作为主控芯片,实时检测防窃电能计量箱的门状态,使用电子钥匙进行权限管理,根据门状态产生报警事件,将事件通过GSM/GPRS模块上报到远程服务器。以此为基础的防窃电控制器具有实时性强,性能稳定、消耗电能少、抗干扰能力强和适用恶劣工作环境等优点。具有一定的推广价值。
关键词：AVR ATMega64,防窃电,电子钥匙,GSM/GPRS模块,串口通信
参考文献
[1]Atmel Corp.tmega64(L)使用手册[Z].2008.
[2]陈杰.基于VxWorks的智能电表网络通信模块设计与实现[J].电脑知识与技术,2011(8):1910-1911.
[3]陈冬云,杜敬仓,任柯燕,等.ATmega128单片机原理与开发指导[M].北京:机械工业出版社,2005.
[4]刘明亮,孙来军,叶光忠.基于双ATmega128的安检力学试验机设计[J],电子设计工程,2010(11):95-98,105.
[5]Atmel Corp.AT45DB081D使用手册[Z].2007.
ATMEGA单片机 篇5
当前,世界空气污染状况不容乐观,而对于人类生活密切的室内空气质量的好坏,一直是对人类健康造成影响的重要因素,随着社会和科学技术的迅速发展,越来越多的各种装饰材料应用于家居生活中,同时,也正是这些应用新的科学技术合成的装饰材料,不断挥发出各种对人体健康有害的气体物质,如甲醛、二氧化硫等[1],为了去除这些有害的气体物质,对室内的空气进行净化就显得尤为必要,本文所要介绍的就是一款以ATMEGA16单片机为控制芯片的小型的、主要应用于室内的空气净化器控制系统,该空气净化器控制系统性能稳定、环保节能、经济实惠。
1 系统功能需求分析[1]
空气净化器应用十分广泛,本文所研制的是一种以Atmega16单片机为核心处理器的小型室内使用的空气净化器,系统功能需求分析如图1所示。
该空气净化器主要是依靠紫外灯管发出适当波长的紫外线,利用紫外线能破坏微生物细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构,造成生长性细胞死亡或再生性细胞死亡这一原理[2],达到净化室内空气的目的。
当给净化器接通电源工作后,系统即按照程序设定的紫外灯管使用寿命开始计时,中间如有停电、关机等操作,系统自动把先前计时数据保存在EEPROM中,以便在下次净化器正常工作后,在之前计时数据上继续计时,当计时的数据达到系统设定的紫外灯管的寿命时,LED报警灯开始报警提示,这时应予更换紫外灯管,更换灯管后,按下相应按键,这时先前保存在EEPROM中的数据清零,空气净化器在通电正常工作后,计时器重新计时。
2 控制系统总体设计
由对空气净化器控制系统的功能需求分析,主要从硬件和软件两个方面介绍空气净化器控制系统的总体设计。
2.1 硬件总体设计
按照实现空气净化器的功能需求可知,系统硬件设备主要由Atmega16单片机、LED灯、电感线圈、按键、紫外灯管、蜂鸣器、温度传感器以及其他电子元器件组成。空气净化器硬件设计如图2所示。
由硬件设计图可知,空气净化器是以Atmega16单片机为核心,并在此基础上来实现净化器的功能需求的。
Atmega16单片机是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微处理器,得益于其先进的指令集以及单周期指令执行时间,Atmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,作为AVR系列的高档产品,Atmega16内核具有丰富的指令集和多达32个通用工作寄存器,从而可以十分明显地缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。Atmega16具有一个SPI串行端口、一个与IEEE 1149.1标准兼容的JTAG接口,方便程序的下载、仿真、调试和运行[3],因此,选择该型号的单片机作为系统核心处理器,完全满足本控制系统的功能需求。
2.2 软件总体设计
空气净化器的硬件系统确定好后,就需要对实现功能要求的软件程序进行设计,空气净化器系统的程序总体机构图如图3所示:
根据系统程序总体结构图可知,系统的主程序主要由初始化程序、按键程序、定时报警程序、信号反馈处理程序、中断处理程序、紫外灯驱动程序、蜂鸣器控制程序、电源控制程序和EEPROM读写程序组成,各个子程序经过单片机的运算处理,实现系统净化空气的功能[4],控制系统软件主程序流程图如图4所示。
空气净化器通电开机后,系统首先进行初始化程序操作,分配各端口地址,给各个参数赋予初始值,读取紫外灯管的工作状态检测信号[5],判断定时器中的计时是否到时,如到时,则蜂鸣器响,提示更换灯管,更换好后,按键复位操作,定时器重新开始计时,如没到时,则系统继续正常工作,直到定时到时。
3 信号采集与处理
本文研制的空气净化器的一个重点是实现对紫外灯反馈的信号的检测与处理,当紫外灯出现故障或寿命到期后,报警提示更换,从而实现对紫外灯工作状态的实时监控。
3.1 信号检测模块
本文信号采集的一个重点即对紫外灯管工作状态信号的采集,紫外灯管在长时间工作后,杀菌性能逐渐减弱,故障发生的概率也逐渐增大[6],如何在紫外灯管故障发生时或寿命到期时,准确迅速地检测判断出来,是本文一个核心所在。
为解决这一问题,考虑在紫外灯管的工作电路上串联一个电感线圈,通过电感线圈的电流产生反馈电压送给双电压比较器LM393,由LM393对采集到的电压进行比较判断,输出高/低电平给控制芯片Atmega16单片机,由单片机的内部程序完成信号的比较判断,实现对紫外灯管的导通和断开的状态检测和反馈,空气净化器的比较反馈电路如图5所示。
紫外灯管的开/关直接由控制面板上的按键来控制镇流器电源的通断来实现,Atmega16单片机的PB2和PB3端口作为紫外灯管状态信号的检测端口。
当空气净化器正常工作时,流经电子镇流器中电流的一路经过电感,LM393的2或6脚检测到大约2.45V的电压,进行比较,另外一路的电压大约为0.5V,同时,LM393的1或7脚输出低电平给单片机的PB2或PB3口,经单片机判断后,发出紫光灯工作正常的信号。如果紫外灯管不工作,则电子镇流器就没有电流输出,此时,LM393的2或6脚就检测不到电压,LM393的1或7脚便输出高电平给单片机PB2或PB3端口,单片机经判断就会发出紫光灯工作不正常的信号且控制蜂鸣器发出报警信号。
3.2 定时模块设计
紫外灯的杀菌强度会随着使用时间的增加而逐渐衰减,一般应在其杀菌强度将至70%后,及时更换紫外灯管,这样可以获得最佳的净化空气的效果,紫外灯管从开始使用到更换完毕这一段使用时间即为使用寿命[7,8],一般在紫外灯管的说明书上也会给出使用寿命,为了在灯管使用到期后及时有效地更换灯管,保证最佳的杀菌效果,这就需要定时功能,得益于Atmega16单片机内置有多个带预分频的,功能强大的8位和16位计数/定时器,可以非常方便地实现对紫外灯管工作时间的定时计数功能,同时为了提高定时计数的准确性,在硬件电路上加入了一个16MHz的晶振。空气净化器的定时流程图如图6所示。
4 结论
本文所研制的小型室内空气净化器控制系统,是基于Atmega16单片机为核心处理器来实现的,通过对空气净化器功能需求的分析,设计、开发出相应的硬件电路和软件程序,最终实现了空气净化器的功能要求,达到了预定的设计目标。
本控制系统硬件电路采用Protel DXP软件进行设计、开发,在研制过程中采用Proteus软件进行电路的仿真;软件方面采用C语言来编写程序,开发环境为Code Vision AVR软件,硬件和软件都完成后,下载程序进行整机的调试和运行,实验的结果表明整个系统运行稳定,达到了预期的设计要求。
摘要：本文所研制的小型室内空气净化器是以ATMEGA16单片机为核心,在完成对空气净化器控制系统功能需求的分析上,进行控制系统硬件电路的设计和研发,最终完成了基于Atmega16单片机的小型室内空气净化器控制系统的研制,经过实验室的测试和实际运用证明,该型号的小型室内空气净化器和市场同类产品相比,具有运行稳定、绿色环保、便于操作等优点。
关键词：控制系统,Atmega16,空气净化器,单片机,硬件电路
参考文献
[1]吴忠标,赵伟荣.室内空气污染及净化技术[M].化学工业出版社,2005.
[2]何德林.空气净化技术手册[M].电子工业出版社,1985.
[3]马潮.高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[4]李果,董玉德.Design and research the Software ofAir-purifier Control System based on ATmega128microcontroller,2011 IEEE International Conference onComputer Science and Automation Engineering(CSAE2011).
[5]任俊龙.基于AVR单片机的空气净化器控制系统的硬件设计与实现[J].合肥:合肥工业大学,2010.
[6]Yu Ying,Zhou Lei,Min Hao.Design and VLSIImplementation of An Asyn-chronous Low PowerMicrocontroller[J].2001 4th International Conference OnASIC 2001,(33):797-799.
[7]刘欢.基于AVR单片机的移相零电压逆变电阻焊接电源的研究[D].杭州:浙江大学,2008.
ATMEGA单片机 篇6
随着我国人口老龄化趋势的日益严重, 老龄化导致的各种心脑血管疾病和各类慢性病发病率呈高发趋势, 特别是近年来, 人民生活水平的提高, 越来越多的人注重自身的健康和保健。
我国新的医疗卫生体制改革更加注重全民覆盖, 传统的以发病后治疗为主的医疗方式也将朝着预防和保健为主的方向发展。以预防疾病为主的观念逐渐深入人心, 而检测人体基本生理参数的正常与否正是预防常见疾病发病的有效措施之一。
现代医学的六大惊人发现之一就是:缺氧是一切疾病的根源。
日本的医学博士野口英世在他的著书中这样写道:“一切疾病的根源是缺氧症。”
诺贝尔医学奖获得者、医学博士奥图·瓦尔堡 (OTTOHEIN-RICHWARBUR) 也曾发表“缺氧症导致癌症”这一观点。
“缺氧症引起的代谢障碍”是在现代医学中已成为常识的学说。血氧饱和度定义为人体动脉血管中氧合血红蛋白 (Hb O) 2占全部血红蛋白总量的比例。
血氧饱和度是反映人体呼吸系统、血液运输氧的能力及新陈代谢重要的参数。
因此, 脉搏血氧饱和度的监测技术已经成为现代医疗必不可少的监测手段之一。
为了使需要检测生理信号的人员 (比如老年患者、慢性病人等) 能够在家中和户外随意运动、锻炼的状态下进行测量, 及时了解自己的身体状况, 本文立足于家庭医疗监护, 研发出一种实时的血氧饱和度检测仪, 以实现实时采集被监护人的脉搏血氧饱和度信号, 既实用又便宜, 具有较大的使用价值。
2) 国内外研究现状:
随着科学的不断进步, 近年来美国完成了指环式血氧饱和度检测仪的设计, 这种指环式血氧饱和度检测仪设备体积小, 其大小形于咱们普通的戒指大小, 它可以完成全天24小时对人体血氧饱和度的监测, 做到了真正意义上的实时监测。
近年里来美国还将无线传输等技术运用到了血氧饱和度的设计当中来, 这种血氧饱和度测量达到了一定的高度, 在仪器的抗干扰设计上也取得了一定的成绩。一些欧洲国家如荷兰、英国、德国在血氧饱和度的测量方面也有很大的进展。在亚洲日本在血氧饱和度的检测方面也取得了重大突破。
目前, 国内许多大学研究所致力于血氧探测器的发展。如北京创通元电子仪器有限公司有限公司的生产功能齐全的血氧仪, 创造了第一个探针分析仪, 光学模拟手指测试的基础上, 增加血氧饱和浓度的模拟电信号直接测试血氧饱和度的定量法以及单独、全面测试血氧探头的功能;东南大学开发了一种无创血氧饱和度实时监控系统;上海香港丽安医疗器械发展有限公司生产的多参血氧饱和度监测仪;中国医学科学院、中国协和医科大学开发出了反射式血氧饱和度监测仪;西安交通大学开发了基于自我反搏心脏功能检测治疗仪和数字脉搏血氧饱和度检测系统等;深圳安科生物医疗电子有限公司、华中科技大学开发了多波长测量血氧饱和度监测仪;力新仪器 (上海) 有限公司、北京惠普生物医学工程公司的血氧饱和度检测探头、北京奥博光电科技有限公司的血氧饱和度监测系统已广泛应用于国内市场。
从上述的仪器设计和实现的指标看, 其大多数已接近国际先进水平。国内生产的测量血氧监测仪在精度、抗干扰, 稳定性、重复性和国外有一定的差距, 有待进一步提高。
3) 本论文研究内容的创新之处:
时序控制光源驱动电路采用单独一片微型MCU, 克服数字脉冲对A/D采样干扰。
一般设计当中, 光源时序控制和A/D采样由同一单片机完成, 资源节省, 但是会把数字噪声带入A/D, 影响采样, 最后采用一系列滤波等补救措施。本设计尝试使用单独一片CPU来控制光源时序, 软件编写简单化。
A/D采样及增益控制由主CPU-ATmega8535控制完成。
红光、红外光放大电路分别设计, 两路同步放大, 采用虚地技术, 克服模拟开关切换时产生干扰。
增加自动调光控制电路来检测弱脉搏, 解决患者手凉或者血液末梢循环不良等临床常见情况。同时具备限制光输出强度、功率等安全措施。
1 系统硬件部分详细设计与实现
1.1 系统总体结构设计
图1给出了基于ATmega8535单片机血氧饱和度检测仪的总体结构框图, 血氧饱和度检测仪主要由传感器、前置放大与极限调节、增益调节、滤波电路、ATmega8535单片机、FLASH存储器、USB接口电路、光强度调节电路, 时钟控制电路等几个部分组成。
在基于ATmega单片机血氧饱和度检测仪中光传感器主要的作用是将人体血氧浓度转换为电信号, 其遵循的原理是物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比。
然后考虑到红光和红外光的区别在本系统中将红外光和红光分开处理, 红光和红外光主要通过模拟开关来切换, 前置放大的主要作用是将光传感器输出的微弱电信号转换进行放大, 同时完成对信号的极限值进行调节。
增益调节的主要作用是对前置放大信号输出的信号进行二次调节使其输出达到下一级电路的范围。
滤波电路的主要作用是将增益调节输出值进行滤波处理, 将信号中的噪声等信息进行滤除。
ATmega8535单片机是整个的系统的核心其主要作用一方面将控制其内部的AD转换器将滤波电路输出的结果进行数字化转换, 另一方还要讲转换结果存储到外扩存储器FLASH中, 最后还要控制USB接口完成和上位机之间的通讯, 并把采集结果上传上位机现实。
另外, 单片机根据A/D采样的结果来判断是否改变光强调节电路输出数值, 从而改变恒流源电流调整光强, 在对光源进行控制是为了避免时钟信号对AD转换构成影响, 在本系统中对光源的时序控制采用独立的时钟控制器来完成。
基于ATmega单片机血氧饱和度检测仪的工作过程为:
首先由光电传感器将人体内的血氧浓度转换为电信号, 微弱的电信号经过模拟开关将其红光和红外光分别区分开来, 然后红光信号和红外光信号分别经过前置放大和极限调节进入到增益调节电路, 增益调节完成后进入滤波电路, 滤波电路对信号进行处理分别送达AT-mega8535单片机的ADC, ADC在ATmega8535单片机的控制下完成对信号的模数转换, ATmega8535单片机的控制下将这一结果存储到外扩存储器FLASH中。
待整个测量过程结束后操作人员打开上位机软件, ATmega8535单片机首先控制USB接口完成上位机和血氧饱和度检测仪之间的通讯, 然后再将FLASH中存储的数据通过USB接口传输到上位机处理、现实和分析。
同时ATmega8535单片机根据采集到信号来判断, 系统光源的光强是否合适如果强度过大对人皮肤可能造成伤害那么就给恒流源一个调节电压值, 并将这个值通过DAC发送给光源调节电路, 光源调节电路收到该值后然后调节发光管的光强。
1.2 血氧信号产生电路设计
1.2.1 前置放大电路
在血氧饱和度检测系统中, 根据实际的需要进入系统的输入阻抗大于等于200KΩ。适配放大电路, 选用TI公司的TL064芯片来完成。
TL064芯片和现在市面上许多的运放电路相比, 它有着功耗低、噪声小等优点, TL064芯片的硬件连接图如图2所示。
在图2中TL064芯片的2号脚为输入端, 光电传感器输出的信号就从这个引脚进入系统。
在进行血氧饱和度测试时主要是通过光照过血液时产生的差值来获取血液浓度所以在这里必须得到两路信号的差值, 在计算差值时系统采用了减法电路, 这种减法运算本质上是对系统极限的一个调整, 血氧浓度检测仪极限调节电路如图3所示。
考虑到传统的血氧饱和度检测仪对检测光源没有区分会导致测量精度偏低的问题, 在本系统的设计是红光、红外光放大电路分别设计的, 两路同步放大, 采用虚地技术, 克服了模拟开关切换的干扰。
放大电路原理图如图2-4所示。
1.2.2 光强度调节电路
血氧饱和度检测仪主要通过光透过人体时光度和血氧浓度成正比的原理来实现的, 但是在使用时光源含有红外的成分, 具有一定的热量, 为防止烧伤婴儿手指也必须对光强作出能量限制, 在本血氧饱和度检测仪中单片机根据A/D采样的结果来判断是否改变输出到D/A的数值, 从而改变恒流源电流来调整光强。
D/A电路如图5所示。
在本系统中选用的D/A变换器是DAC7513, DAC7513是德州仪器公司提供的一款低功耗轨至轨输出12位串行输入DAC。单片机ATmega8535根据收到的采样结果来判断当前光强是否会对人体构成伤害, 如果达到伤害值, 那么它就需要调小光强值。
调整过程为首先单片机ATmega8535通过它的PB5将需要调节的电流值的数字量发送给DAC7513的DIN脚, 在发送的过程中单片机ATmega8535的PB7脚为整个串行数据传输提供时钟, 时钟连接DAC7513的CLK脚。
DAC7513收到数据过后将数据转换成模拟量并通过其VOUT口输出到后端的模拟电路, 后端的模拟电路依据这个电流值来调节恒流源电流, 最后光电传感器依据这个电流值产生合适强度的光。
后端模拟电路原理图如图6所示。
在图6中对光强的调节电路采用了时序控制光源驱动技术。考虑到时序是由一系列数字脉冲构成, 他们可能会对A/D采样构成干扰。
因此, 在时序控制电路设计部分没有像其他产品那样, 光源时序控制和A/D采样都是由同一个单片机完成的, 而是采用ATTINY2313处理器来为光强调节电路独立提供时序。ATTINY2313是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。
通过SPI串行接口或非易失性存储器编程器可对程序存储器进行系统内编程。
通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内, ATTINY2313成为一个功能强大的单片机, 为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
在本系统中ATTINY2313为光源调节电路提供时序的电路原理图如图7所示。
2 总结与展望
在课题研究过程中, 作者查阅了大量相关资料, 并且进行了设计和调试工作。
在论文研究过程中, 丰富了自己的理论知识, 也锻炼了自己的实际动手能力, 获得了不少宝贵的经验。论文的研究得到了导师的大力支持和指导, 再此表示衷心感谢。
由于开发时间较短, 加上能力有限, 基于ATmega8535单片机的血氧饱和度检测仪还有许多地方考虑的不够周全, 下一步需要完善的工作主要有以下几点。
1) 对基于ATmega8535单片机的血氧饱和度检测仪电路作进一步的优化, 优化现有电路的格局, 使得整个系统的功能更加的完美。
2) 将基于ATmega8535单片机的血氧饱和度检测仪的核心控制器ATmega8535单片机改用DSP取代, 这样可以在系统完成更多的实时信号处理。
ATMEGA单片机 篇7
PWM技术从最初采用分离元件的模拟电路完成三角波载波和正弦调制波的比较, 产生SPWM控制信号, 到目前采取全数字化方案, 完成实时在线的PWM (SPWM) 信号输出。PWM控制电路经历了由初级到越来越完善的演化。
由专用集成芯片ASIC (Application specific integrated circuit) 生成SPWM波的技术近几年来被广泛采用, 这些集成电路有HFE4752、SLE4520、MA8X8/SA8X8、SAXXXX等。其中多数要与单片机连接才能完成SPWM控制功能, 对于要求较高的逆变系统来说仍然不够简捷。
ATmega8属于美国ATMEL公司AVR高档单片机成员之一, 它具有AVR高档单片机的性能, 且具有低档单片机的价格。其与ATmega16/32/64/128仅存在量的差异, 主要性能完全兼容。它片内集成了模/数、数/模、定时器/计数器、PWM波形发生器等外部设备, 为逆变控制电路的全数字化设计提供了强有力的硬件支持, 它的软件指令丰富, 兼容性好。ATmega8具有32个通用工作寄存器及丰富的指令集, 带有硬件乘法器以及8K的FLASH和1K的SRAM, 还带有8路10位ADC以及三通道的PWM输出, 支持ISP功能, 可以很方便地对器件进行在线编程及修改。
二、ATmega8实现PWM控制
ATmega8的16位T/C可以实现精确的程序定时、波形产生和信号测量。其波形发生器利用双缓冲输出比较寄存器OCR1A/B与T/C的值做比较, 产生PWM信号, 通过输出比较引脚OC1A/B输出无干扰脉冲、相位正确、可变频率的PWM信号。
ATmega8具有强大的PWM输出功能, 有多种模式可供选择。
其一是快速PWM模式。ATmega8具有快速PWM模式 (WGM21:0=3) 可用来产生高频的PWM波形。快速PWM模式与其他PWM模式的不同之处是其单边斜坡工作方式。使用了单边斜坡模式, 快速PWM模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高频操作特性使得快速PWM模式十分适合于功率调节, 整流和DAC应用。具体的时序图为图1。图中柱状的TCNT0表示这是单边斜坡操作。方框图同时包含了普通的PWM输出以及方向PWM输出。TCNT2斜坡上的短水平线表示OCR2和TCNT2的比较匹配。
工作于快速PWM模式时, 比较单元可以在OC2引脚上输出PWM波形。设置COM21:0为2可以产生普通的PWM信号;为3则可以产生反向PWM波形。要想在引脚上得到输出信号还必须将OC2的数据方向设置为输出。产生PWM波形的机理是OC2寄存器在OCR2与TCNT2匹配时置位 (或清零) , 以及在计数器清零 (从MAX变为BOTTOM) 的那一个定时器时钟周期清零 (或置位) 。
输出的PWM频率可以通过如下公式计算得到:
变量N代表分频因子 (1、8、32、64、128、256或1024) 。OCR2寄存器为极限值时表示快速PWM模式的一些特殊情况。若OCR2A等于BOTTOM, 输出为出现在第MAX+1个定时器时钟周期的窄脉冲;OCR2为MAX时, 根据COM21:0的设定, 输出恒为高电平或低电平。
通过设定OC2在比较匹配时进行逻辑电平取反 (COM21:0=1) , 可以得到占空比为50%的周期信号。OCR2为0时信号有最高频率foc2=fclk_I/O/2。这个特性类似于CTC模式下的OC2取反操作, 不同之处在于快速PWM模式具有双缓冲。
第二是相位修正P W M模式。相位修正P W M模式 (WGM21:0=1) 为用户提供了一个获得高精度相位修正PWM波形的方法。此模式基于双斜坡操作。计时器重复地从BOTTOM计到MAX, 然后又从MAX倒退回到BOTTOM。在一般的比较输出模式下, 当计时器往MAX计数时若发生了TCNT2于OCR2的匹配, OC2将清零为低电平;而在计时器往BOTTOM计数时若发生了TCNT2于OCR2的匹配, OC2将置位为高电平。工作于反向输出比较时则正好相反。与单斜坡操作相比, 双斜坡操作可获得的最大频率要小。但由于其对称的特性, 十分适合于电机控制。
三、软件设计
由单片机来实现三相正弦波形的PWM脉冲输出和LCD驱动、按键的识别、三路电流信号的采集、实时频率的采集, 以及对三路输出的缺相判断, 过流临控等工作。单片机由串行通信来协调各自的工作, 所以在程序设计上分为两个部分, 一个为PWM产生单片机的程序, 由AVR系列专用C语言编译软件ICC-AVR的单文件模式生成。另一个为主控单片机的程序, 由ICC-AVR的工程文件模式生成, 以下为各自的时序图。
1、PWM产生单片机的程序流程图 (图2)
2、主控单片机程序流程图 (图3)
3.1建立正弦数据表
由DC/AC变换技术中的SPWM原理知, ATmega8产生6路SPWM信号, 控制主电路三相桥中6个功率开关器件的通断。因此首先需建立三相正弦脉宽数据表, 由单片机初始化时算好, 将其按一定的格式 (即考虑相序及同一相中的脉宽次序等) 存入RAM中, 建立好数据指针, 以便按一定的寻址方式查询。
3.2数字PID输出电压调节器
由于负载和电网的扰动, 输出电压是不稳定的。要达到良好的动态稳压特性, 采用输出电压反馈闭环控制。算法为增量型数字PID。
为编程方便整理成如下形式:
前述正弦数据表按幅度调制比ma=1算得。调节电压时按PID的结果修正各开关周期的脉宽。
2.3频率调节
调节输出频率, 可改变WG-RELOAD中的时间常数。通常保持同步调制关系, 即频率调制比不变, mf=常量。在频率调节过程中应保证输出电压不变, 因此在改变WG-RELOAD内容的同时, 按比例地改变WG-COMPx中的值。
2.4软件流程框图
软件设计是逆变控制电路设计的重要组成部分, 它决定了逆变电源输出的特性, 如电压调节范围及稳定程度, 谐波含量, 保护功能的完善、可靠性等。软件设计流程图如图3所示。
四、变频电源整体构成
三相静止变频电源的整体框图如图4所示。
主电路功率模块用6MBI25L-120 (6单元IGBT) 构成三相逆变桥。ATmega8单片机最小系统为控制电路, 完成六路SPWM控制信号的产生, 电压、电流、频率数码管显示, 闭环稳压、检测保护等功能。控制电路 (ATmega8) 输出的六路SPWM经IR2110×3后作为逆变桥的驱动信号。由于IR2110自身对逆变桥上管有自举悬浮驱动功能, 控制和驱动电路共用一组电源。整个系统显得比较简单。
五、结论
在完成上述硬件设计的基础上, 本文采用特定的PWM控制策略, 使逆变器拖动感应电机运行, 并进行了短路、电机堵转等实验, 证明所采用的逆变器性能稳定, 能可靠地实现过流和短路保护。图五是电机在空载条件下, 用数字示波器记录的稳态电压波形。幅度为36V, 频率为60Hz。可见本系统电路简单、抗干扰性能好、控制效果佳等优点, 便于工程应用, 具有较大的实际应用价值。
参考文献
[1]张磊.变频器的试验与测试[J].电子设计技术, 2008 (7) :97.