基于ATmega16L单片机的温度控制系统电路设计

　　设计一种基于ATmega16L单片机的温度控制系统，阐述该系统的硬件设计方案。采用模块化设计方法，利用增量式PID算法使被控对象的温度值趋于给定值。

　　主控制器

　　系统主控制器采用ATmega16L，该单片机是一款高性能、低功耗的8位AVR 微处理器，具有先进的RISC结构，内部有大容量的ROM、RAM、Flash和EEPROM，集成4通道PWM，SPI串行外设接口，同时具有8路10 位A／D转换器，对于数据采集系统而言，外部无需单独的A／D转换器，从而可节省成本。另外，该单片机提供JTAG调试接口，可采用自制的简易JTAG仿真器进行程序调试。

　　温度采集电路

　　图为温度采集电路。该电路主要由温度传感器AD590和差分运算放大器AD524组成，其中温度传感器AD590是一种新型的两端式恒流器件。激励电压范围是4～30 V，测温范围为-55～+150℃。当AD590的电流流过一个5 kΩ的电阻时，温度升高1 K，该电阻上的电压增加5 mV，即转换成5 mV／K。因此，温度在0～100℃间变化时，电阻电压在1．365～1．865 V间变化。运算放大器AD524用于把绝对温度转换成摄氏温度。

　　温度控制电路

　　该电路主要由光电耦合器和可控硅组成，如图所示。单片机发出的控制信号（PWM）经驱动器后控制光电耦合器的工作状态。当光电耦合器工作后，使双向可控硅的触发极处于高电平，可控硅处于导通状态，进而控制加热棒的工作。

　　系统采用光学指纹传感器与ARM Cortex M3 内核意法半导体公司的32 位高性能单片机STM32F205RE 组成功能主体，采用Sobel 边缘检测算子、Gabor 滤波、图像二值化等图像采集与处理算法对指纹图像进行识别，构建了小体积的嵌入式指纹识别模块，具有积木式嵌入、微功耗、程序接口简单易用、便于二次开发、识别准确度高、高性价比等特点。

　　系统硬件电路设计

　　整个系统设计构成了一体化光学指纹识别模块。模块设计采用光学暗背景成像原理，加入特有活体检测芯片，在解决干手指效应的同时解决残留指纹误识别、橡胶假指纹等问题。

　　图所示为光学GC0307 CMOS 图像采集芯片应用电路原理图。该款CMOS 图像采集芯片是高精度、低功耗、微体积的高性能相机的内置式组件，它把实现优质VGA 影像的CMOS 影像传感器与高度集成的影像处理器、嵌入式电源和高质量的透镜组结合在一起，输出JPEG 图像或图像视频流，支持8/10 位数字传输JPEG 图像和YCbCr 接口，提供了完整的影像解决方案。

　　CMOS 图像采集芯功能输出串行数据引脚、时钟信号引脚、复位引脚、串行总线引脚等都接入到STM32F205RE的GPIO 口， 通过GPIO 口模拟时序读取CMOS 芯片采集到的图像信息。由于STM32F205RE 的GPIO 口工作频率可达120 MHz，因而可以非常准确高效地模拟时序，实测640&TImes;480 的原始图像能以10 帧/s 的速度采集到主处理器STM32F205RE 中进行图像处理。