数字技术与应用 ·自动化技术· 基于 Atmega16L 的智能温控饮水机设计 田昊 刘阳 山东大学电气工程学院 山东济南 2 5 0 1 0 0 [摘 要 ] 介 绍 了 一 种 基 于 A T m e g a 1 6 L ，利 用D S 1 8 B 2 0 温 度 传 感 器 进 行 测 温 并 控 制，具 有 闲 置 断 电 功 能 的 节 能 型 饮 水 机 的 实 现 方 案。方 案 应 用 了 液 晶 显 示，利 用 红 外 光 电 传 感 器 进 行 热 水 阀 门 监 控，选 用 了 固 态 继 电 器( S S R ) 进 行 加 热 电 路 控 制，具 有 使 用 方 便，节 能 安 全 的 特 点 。 [关键词] 饮水机 温度控制 单片机 [中 图 分 类 号] T M 9 2 4 [文献标识码]A [文章编号]1007-9416（2010）07-0046-02 [Abstract]This paper introduced a design of temperature control water fountain with the function of shutting down if it is long time unused, which is based on ATmega16L single-chip microcomputer, and in which DS18B20 temperature sensor is applied to measure the temperature. The features of easy-to-use, energy-saving and safe were made possible by the LCD which is used to show the temperature, the infrared photocell which is for watching the hot water valve and the Solid State Relay (SSR) which is applied to control heating system. [Key words]water fountain;temperature control;single-chip microcomputer; 1 硬件设计 1.1 控制核心 采用Atmel 公司的ATmega16L作为控 制 核 心，选 用D S 1 8 b 2 0 作 为 温 度 传 感 器，使 用1 6 * 2 点 阵 液 晶 进 行 温 度 显 示 。 A T m e g a 1 6 L 是 基 于 增 强 的 A V R R I S C 结构的低功耗8 位C M O S 微控制器，采用哈 佛 结 构，并 具 有3 2 个 寄 存 器 、1 6 k 的 可 编 程 Flash、双向I/O 口，三个具有比较模式的计 时 器 计 数 器，内 置 看 门 狗。它 的 驱 动 能 力 较 强，输 出 电 流 为2 0 m A ，灌 电 流 最 大4 0 m A 。 以 上 特 点 使 得 a v r 相 较 于 5 1 系 列 单 片 机 在 图 1 程 完 全 实 现 数 字 化 的 变 电 站，这 就 对 光 纤 通 信 提 出 了 更 高 的 要 求。目 前，智 能 化 的 一 次 设备（ 如 光 纤 传 感 器、智 能 化 开 关 等）、网 络化的二次设备、符合IEC61850 标准的通 信 网 络 和 自 动 化 的 运 行 管 理 系 统，是 智 能 变 电 站 最 主 要 的 技 术 特 征 。 智 能 变 电 站 融 合 了 变 电 站 自 动 化、光 纤 通 信 技 术、地 理 信 息 系 统 、S C A D A 等 技 术，并 兼 容 微 网 和 虚 拟 电 厂；在 控 制 中 心 授 予 的 权 限 范 围 内 进 行 控 制 和 建 模。其 技 术 成 熟 度 需 要 在 兼 容 综 合 自 动 化 变 电 站 技 术 的 基 础 上，实 现 应 用 上 的 平 稳 发 展 和 重 点 技 术 突 破，逐 步 达 到 完 善。但 是 目 前 智 能 变 电 站 研 究、建 设 工 作 尚 处 在 起 步 阶 段，重 点 工 作 主 要 集 中 在 智 能 化 开 关 设 备、光 纤 传 感 器、设 备 状 态 在 线 监 测 等 技 术 与 设 备 的 研 究 开 发，尚 不 具 备 大 范 围 推 广 应 用 的 基 本 条 件 。 3 结语： 调 度 自 动 化 是 电 网 现 代 化 的 必 然 趋 势，是 优 化 配 电 网 络 结 构、简 化 保 护 和 运 行 管 理 程 序、提 高 供 电 可 靠 性 和 电 能 质 量 的 有 效 措 施。而 在 调 度 自 动 化 系 统 的 传 输 技 术 上，光 纤 以 其 传 输 具 有 容 量 大、传 输 频 带 宽、信 号 传 播 速 度 快、抗 干 扰 能 力 强 等 突 出 优 势 将 成 为 该 系 统 的 必 然 选 择 。 4 6 数 字 技 术 与 应 用 

·自动化技术· 可 靠 性 及 效 率 上 明 显 的 优 势。其 最 小 系 统 电 路 图 如 图 1 。 1.2 温度采集 DS18B20 是 Dalas公 司 出 产 的 温 度 传 感 器，有着广泛的应用，封装较小，可以方便的 放 入 狭 小 的 空 间，使 用 极 为 方 便。内 部 进 行 了模数转换，采用异步串行单总线（1-wire） 通 信 进 行 数 据 传 输。既 可 传 输 时 钟，又 能 传 输 数 据，而 且 数 据 传 输 是 双 向 的，因 而 这 种 单 总 线 技 术 具 有 线 路 简 单，硬 件 开 销 少，成 本 低 廉，便 于 总 线 扩 展 和 维 护 等 优 点 。 1 . 3 显示及按键控制 显 示 方 面 的 常 用 方 案 是 数 码 管 或 是 液 晶。数 码 管 显 示 亮 度 高，成 本 低，但 无 法 显 示 汉 字 字 母 等 信 息，显 示 内 容 单 一。因 而 选 择 了 液 晶 作 为 显 示 方 案。最 终 采 用 的 是 成 本 较 低 的 1 6 0 2 。L C D 1 6 0 2 可 以 显 示 1 6 * 2 个 字 符，具 有 基 本A S C I I 码 字 库，可 以 方 便 的 显 示 数 字，符 号 等 信 息，使 得 显 示 更 为 直 观。在 使 用 时，我 们 利 用 了 它 的 四 位 并 行 通 信 方 式，在 保 证 速 度 的 同 时 节 省 了 端 口，为 升 级 留 下 了 空 间( 图 2 ) 。 为 了 方 便 设 置，设 计 了 四 个 按 键 。 1.4 红外检测 为 了 实 现 使 用 检 测，可 以 有 多 种 方 案 ， 如 在 阀 门 处 添 加 触 点 开 关。但 由 于 饮 水 机 阀 门 作 为 一 个 控 制 水 的 开 关，液 体 喷 溅 引 起 的 误 触 发 或 短 路 会 增 加 系 统 的 不 可 靠 性。为 此 我 们 选 择 了 红 外 对 管 作 为 使 用 检 测 的 器 件。红 外 对 管 的 好 处 在 于 可 以 使 检 测 脱 离 机 械 机 构 的 触 发，并 可 以 远 离 阀 门 等 易 出 现 电 路 短 路 情 况 的 位 置，提 高 了 检 测的准确性和可靠性(图3)。 2 软件设计 2.1 控制策略 使 用 模 糊 控 制 策 略 实 现 闭 环 控 制。温 度 加 热 的 响 应 极 慢，反 馈 量 属 于 非 电 信 号 ， 数字技术与应用 为 实 现 对 温 度 的 精 确 控 制 使 用 P I D 控 制 难 度 较 大，因 而 使 用 了 模 糊 控 制 策 略，在 系 统 接 近 给 定 量 时 采 用 间 歇 性 加 热 的 方 式 减 小 系 统 的 超 调 。 加 热 方 式 采 用 秒 周 期 的 P W M 波 形 控 制 继 电 器，实 现 加 热 速 度 的 控 制。使 用 单 片 机 的 计 时 器 进 行 生 成 以 秒 为 周 期 的 P W M 信 号。具体的函数如下(图4)： i n t e r r u p t [ T I M 0 _ O V F ] v o i d timer0_ovf_isr(void) { // Reinitialize Timer 0 value T C N T 0 = 0 x 8 3 ; t_flag++; if (t_flag==1000) { t_flag=0; P O R T B | = B I T ( 0 ) ; } else if(t_flag==heat_val) P O R T B & = ~ B I T ( 0 ) ; } // 定时器0 初始化 1 m s 定时 void timer0_init(void) { TCCR0=0x00; // 停止 T C N T 0 = 0 x 8 3 ; T I M S K = 0 x 0 1 ; / / 使能溢出中断 TCCR0=0x03; // 预分频 clock/64 ， 开 启 } 3 结语 本 设 计 实 现 了 温 度 取 样 显 示 以 及 精 确 温 度 控 制，实 现 了 闲 置 断 电 功 能，具 有 智 能，节 能 的 特 点，具 有 较 好 的 应 用 前 景 。 图 2 图 3 图 4 数 字 技 术 与 应 用 4 7