嵌入式客流監控系統的設計*

郭玉婷 師云秋 楊 楠 徐 穎

（遼寧科技大學 遼寧鞍山 114000）

嵌入式客流監控系統的設計*

郭玉婷 師云秋 楊 楠 徐 穎

（遼寧科技大學 遼寧鞍山 114000）

對紙幣消毒的需求進行分析，設計了一款具有紙幣進入自動檢測、消毒液自動加液、烘干溫度檢測與控制、電機驅動與控制等功能的客流。對消毒液的液位檢測及加液控制，紙幣烘干溫度檢測及控制的軟硬件設計方法進行分析。通過實驗及樣機運行證明監控系統具有較高的穩定性和實用性。

Atmega8 PT100 SPI 紙幣消毒 溫度控制

隨著環境的污染與惡化，傳染性病毒傳播日益嚴重，近年的非典和甲流病毒就給人民群眾的健康及生命帶來極大的危害。作為日常生活必須用到的紙幣，由于在人與人之間的流通，表面附著大量細菌及病毒，紙幣的使用是傳播傳染病的重要途徑，據有關部門對流通中的紙幣票面沾染細菌和病毒的情況調查發現：紙幣表面沾染細菌和病毒高達十幾種之多，紙幣上如此多的細菌和病毒對人們的健康是極大的隱患。對紙幣進行有效地消毒成為一個重要的課題，目前市場上存在著一些對紙幣消毒的方法，如紫外線消毒，遠紅外線消毒等，但效果均不太理想，本文設計了一款能夠自動涂抹消毒液，并能對紙幣進行烘干和整平的消毒機。[1]

一、監控系統總體設計

根據紙幣消毒需求的分析，設計了一款以ATMEGA8單片機作為主控芯片的客流，監控系統包括紙幣進入檢測、烘干溫度檢測、液位檢測等檢測環節，還包括運行狀態指示、烘干溫度顯示、自動加液控制、電機控制以及烘干溫度控制等輸出控制環節。[2]

二、ATMEGA8單片機

ATMEGA8單片機是ATMEL公司推出的AVR單片機，AVR監控系統單片機拋棄復雜指令計算機（CISC）追求指令完備的做法，采用精簡指令集（RISC），取指周期短，又可預取指令，實現流水作業，故可高速執行指令，可達1MIPS/MHZ。2～3個PWM通道，可實現任意小于16位、相位和頻率可調的PWM脈寬調制輸出。有18個不同的獨立中斷源，并有特定的中斷允許位，提高了監控系統的安全性。片內集成了較大容量的非易失性程序和數據存儲器以及工作存儲器，存儲空間足以滿足監控系統需要，并為監控系統的擴展提供了必要保證。23個可編程I/0口，可任意定義I/0的輸入/輸出方向；驅動能力強，可直接驅動LED等大電流負載，且多數的I/O口為復用口，除作為通用數字I/O使用外，其第二功能可作為芯片內部其他外圍電路的接口。具有三個定時/計數器，除了能夠實現通常的定時和計數功能外，還具有捕捉、比較、脈寬調制輸出、實時時鐘計數等更為強大的功能。ADC和DAC轉換，可直接輸入模擬量、輸出數字量。有看門狗電路，一旦程序進入死循環能自動復位，保證監控系統工作的可靠性。有空閑、省電、掉電三種低功耗方式，很適合低功耗監控系統的要求。[3]

三、消毒液液位檢測與控制

本監控系統在設計中利用探針檢測消毒液的液位，并根據檢測的狀態控制儲液罐的電池閥的動作，從而實現自動加液的功能。消毒液的液位檢測采用了探針的檢測原理，將三根探針安裝成不同的高度，當兩根之間全浸泡在液體當中時，兩者之間的電阻較小，當兩者之間沒有液體浸泡時，電阻較大。進水的控制是由單片機的I/O口通過三極管驅動電磁閥進行控制。如果高液位端檢測到信號，則停止加液，如果低液位端檢測到信號時，開啟加液。加液和停止加液之間設置了一個回差值，避免液位在某一點附近來回波動造成液位控制的頻繁動作。

四、溫度檢測與控制

1. 溫度檢測電路設計

溫度檢測部分是監控系統的核心環節之一，直接影響到監控系統溫度測量的精度，因而選擇一款合適的溫度傳感器和設計一個優良的溫度檢測電路非常重要。常見的溫度傳感器有電阻式溫度傳感器、熱電偶傳感器和集成溫度傳感器。集成溫度傳感器如DS18B20測量的精度較高，但測量的過程占用較多的CPU資源，測量溫度的范圍并不是很寬；對于電阻式溫度傳感器，有普通的熱敏電阻傳感器，也有精度較高的鉑電阻傳感器，從測量的精度和測量的范圍分析，鉑電阻傳感器具有較好的線性度和較寬的溫度測量范圍，故在本監控系統選用PT100鉑電阻溫度傳感器。

在0～100oC范圍內，PT100鉑熱電阻的阻值和溫度關系近似為線性，其溫度阻值關系可近似為：

當0oC＜t＜100oC時Rt是溫度為toC時PT100的阻值。

運放的輸出的電壓的表達式為：

由于溫度基本上時在0～100℃之間，2k+Rpt100≈2100，為了簡化單片機軟件的設計，對可對表達式作近似處理，近似后的表達式為：

2. 溫度采集與控制

在本監控系統中，通過PT100溫度傳感器檢測溫度數據，經信號放大電路放大后的電壓送入單片機，監控系統沒有采用外接A/D轉換器的方式，而是采用了ATMEGA8單片機內部的A/D轉換器，ATMEGA8單片機內置了8路10位的A/D轉換器，通過PC口進行復用，通過對內部A/D轉換器的相關設置，在AD轉換的中斷處理程序中讀取采集的溫度數據，并對采集的溫度個數進行計數，采集的溫度個數達到十個時設置溫度采集完成標志。采用軟件濾波的方法，去掉10個數據中的最大值和最小值，對中間的八個數據求平均值，并由此數據回算出溫度值。[4]

本監控系統溫度控制中通過比較檢測到溫度值與設置溫度值以決定是否要進行加溫控制，同時也決定是否要進行紙幣進入的檢測。當檢測到的溫度值低于設定的溫度值時，烘干燈管進行加溫控制，紅色指示燈亮，綠色指示燈滅代表監控系統還在加溫狀態，同時關閉紙幣進入的檢測，此時即使有紙幣送入輸入口，電機也不轉動。當加熱溫度超過設置的溫度值時，烘干燈管停止加熱，綠色指示燈亮，紅色指示燈滅，代表已到達合適溫度，置溫度到達標志，并開紙幣允許進入的檢測，此時若有紙幣進入，驅動電機將會運行。根據加熱燈管的加熱性質，監控系統采用了比例控制算法，根據設定的溫度值與當前溫度值的差值，設置對應的加熱時間。

[1] 陳 寧.多用途醫用儀器消毒機的研制[J].醫療衛生裝備,2007(3):11-12

[2] 馬潮. ATmega8原理及應用手冊[M]. 北京: 清華大學出版社,2003:2-3

[3] 張軍,宋濤. AVR單片機C語言程序設計實例[M]. 北京：電子工業出版社，2009: 45-47

[4] 陳德龍.基于Pt100的電子溫度表設計[J]. 杭州電子科技大學學報, 2005(4):42-45

*遼寧科技大學大學生創新創業訓練計劃項目201710146000024