基于ATmega16的简易核桃烘干控制器设计*

王 佩，寇德万，邹 超，杨 震

(陕西省农业机械研究所，陕西 咸阳 712000)

1 引言

随着核桃种槙面积的增大和农村劳动力成本的增加，仅靠自然晾晒已不能满足核桃干燥要求，各核桃主产区出现大量的简易核桃烘干炉，虽然解决了核桃烘干的需求，但温度检测还主要靠人观察，不能控制烘干温度，生产效率低，影响核桃烘干品质。

根据用户要求，笔者开发了简易核桃烘干控制器，解决了核桃烘干的自动控制需求。该控制器以ATmega16为主控制芯片，温度检测采用DS18B20数字温度传感器，四位数码管显示，增、减键设定温度值，风机控制和报警两路继电器输出，温度检测准确，数字显示直观，操作简捷方便，适合广大农村使用。

2 烘干控制器功能及技术参数［1-2］

2.1 烘干控制器功能

通过采集烘房内的温度数据，数码管显示温度数值，根据温度设定值控制加热风机启动停止，并在温度长时间超出设定范围时报警。其功能如下:①DS18B20数字温度传感器检测温度;②四位数码管显示检测温度和设定值;③当检测温度小于设定值3℃时，风机通电;④当检测温度大于设定值时，风机断电;⑤当检测温度小于设定温度5℃或大于设定温度5℃超过10 min，报警器通电，并且温度显示前显示L或H。

控制器设定操作简单方便，易于推广应用。操作过程如下:①当温度显示前显示L或H时，按任意键，解除报警;②当温度显示前为空时，按任意键，设定值闪烁，此时按【增加】键设定值增0.5℃，按【减小】键设定值减0.5℃，常按键快速增减。3 s无按键，设定完成，返回正常显示状态。设定值范围为10.0～90.0℃。

2.2 主要技术参数

其控制器的主要技术参数为:电源电压:220V±10%;显示温度:0～99.9℃，控制范围:10～90℃;风机控制:1路继电器输出;报警控制:1路继电器输出。

3 硬件电路设计［3-4］

3.1 电源设计

控制器电源为AC220 V供电，前级加压敏电阻和保险管保护电路。通过1.8 W的220/6 V变压器，整流1117-5.0稳压输出，为控制器提供5 V电源。电源原理图如图1所示。

图1 电源原理图

3.2 CPU选用

控制器选用ATMEL公司生产8位AVR处理器ATmega16芯片作为控制器，它具有高性能、低功耗、接口多、功能齐等优点。其技术支持也很丰富，ATmel公司提供的AVR Studio编程环境操作方便可靠，编程选用WinAVR C语言，软件资源丰富，移植方便。

3.3 温度传感器电路

DS18B20的线路极其简单，只要求1个4.7 kΩ上拉电阻，在实际使用中，为了提高测量的抗干扰能力，加一个阻容滤波电路，使得测量更加可靠。温度传感器电路如图2所示。

图2 温度传感器电路

3.4 数码管显示和按键电路

按键和显示部分使用深圳天微TM1618芯片。TM1618是一种带键盘扫描接口的LED驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路。其3根控制线DIO(数据)、CLK(时钟)、STB(片选)分别联接CPU的PB2、PB1、PB0。显示使用SM42056四位共阴数码管，显示测量温度和设定温度。两个操作按键分别为增加键和减小键，用于改变温度设定值。按键显示电路如图3所示。

图3 按键显示电路

3.5 输出电路

输出控制为两路继电器接口。HK4100F-DC5V-SHG继电器需要使用2个，虽然ATmega16可以直接驱动，但为了减少CPU功耗，增加系统稳定性，每个继电器用1个8050三极管驱动，继电器线圈加二极管保护减少干扰。继电器输出触点并联压敏电阻保护触点，提高使用继电器使用寿命。继电器电路如图4所示。

图4 继电器电路

3.6 线路板设计

控制器设计用72×72×100的表头，设计三块线路板。左侧板为电源板，前板为显示按键板，右侧板为CPU和输入输出板。左侧板和右侧板的外接线与表头端子焊接相联，与前板接线由7孔插针连接，方便调试维修。侧板分别装在表头卡槽内，使各线路板紧固安装在表壳内。

4 软件设计［5］

软件编程使用WINAVR C语言，编程环境为ATmel官方提供的AVR Studio 4。软件包括初始化、温度测量、键盘响应、数据显示、控制输出等部分。具体设计不在此赘述，程序设计流程图如图5所示。

图5 程序流程图

5 设备调试

取回线路板后，先与表头试装，对尺寸差异进行修整。先焊接电源板，接通电源检测，变压器输出、整流桥输出、5 V输出均正常。再焊接显示板和CPU板，将插板连接，检测各板5 V电源均正常。连接编程器接口，根据TM1618数据文件编写显示程序，点亮显示，编写数字显示程序。根据DS18B20数据文件编写温度测量程序并显示。编写按键程序和风机控制程序，完成程序连调。

6 结语

该控制器配上强电控制电路，制做成控制箱，已经在汉中、商洛等地进行了试验，农户们对使用的情况反映良好，比起没有控制设备之前的烘干情况，有很大的改善。

核桃烘干控制系统的研发成功和推广，尤其是单片机控制的智能控制仪器，在很大程度上节省了能源的浪费，节省了人工成本，为作物烘干的发展前景做了很好的铺垫。该系统的应用前景是非常广泛的，比如烘干茶叶，木耳，香菇等需要干燥处理的农产品皆可使用本系统。

［1］ ATmega16数据手册［OL］.hppt://www.atmel.com，2010-07-01.

［2］ TITAN MICRO ELECTRONICS.TM1618产品手册［OL］.http://www.titanmec.com，2011-04-18.

［3］ 闫 冬.单片机系统硬件抗干扰常用方法［J］.集成电路通信，2006，24(4):24-26.

［4］ 强锡富.传感器［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［5］ 陈学平.Protel2004［M］.北京:人民邮电出版社，2005.