2.2  ATmega8单片机控制电路

      ATmega8型单片机是ATMEL公司推出的一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的高档Flash型单片机。其核心将32个工作寄存器和指令集连接在一起，所有工作寄存器都与ALU（算术逻辑单元）直接相连，实现了1个时钟周期执行1条指令同时访问（读写）2个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率，使得大部分指令的执行时间仅为1个时钟周期。因此，ATmega8具有接近1 MI/s/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高10倍[7] 。

      ATmega8型单片机内集成了执行速度为2个时钟周期的硬件乘法器、8KB的Flash程序存储器、512字节的E2PROM、2个具有比较模式的8位定时器、1个具有比较和捕获模式的16位定时器、3路最大精度为16位的PWM输出、8通道10位A/D转换器，PI/TWI同步串口及USART异步串口。ATmega8片内集成的众多系统级功能单元为控制系统的开发提供了很大便利。设计过程中，尽量通过软件编程简化硬件电路，有效缩短了开发周期。

      在本系统的应用中，通过软件提取自动气象站测量的气温、平均风速、相对湿度3个实时气象要素指标，确定了冻结、融化的气象要素临界值。当需要给风传感器加热时，通过接口电路给ATmega8单片机发送输出指令，使ATmega8的PC0端（23脚）输出高电平，控制驱动电路使加热装置开始工作；当达到设定时间或不满足冻结条件时，发送一个停止加热指令，使ATmega8的PC0端（23脚）输出低电平，控制驱动电路断开加热装置，使加热电路停止工作。从而达到自动气象站风传感器防冻保护的目的[8] 。ATmega8单片机控制电路如图3所示。

2.3  加热驱动电路

      ATmega8的I/O口输出负载能力最大为40mA,无法直接驱动大功率设备，必须通过中间驱动电路实现单片机对功率设备工作状态的控制。实际应用中，通常采用继电器或交流接触器间接驱动。由于继电器或交流接触器具有机械接触特点，因而在很大程度上降低了控制系统整体的稳定性和可靠性[9] 。可控硅是功率开关型半导体器件，能在高电压、电流条件下工作，有无机械接触、大具体积小、便于安装等优点，广泛应用于电力电子设备中。为了避免机械接触开关的缺点，本系统选用以可控硅为主体的完全光电隔离的中间驱动电路。加热驱动电路示意图如图4所示。

当ATmega8的23脚（PC0端）输出高电平时，通过限流保护电阻器R4的双向光电耦合器上电工作，双向可控硅TRIACI栅极被经由R1、R2和双向光电耦合器的信号触发导通，加热电路得电工作；当ATmega8的23脚（PC0端）输出低电平时，双向光电耦合器截止，双向可控硅TRIACI栅极无触发信号被关断，加热电路断电停止工作。

      电路中的R3、C2组成阻容吸收单元，可减小可控硅关断时加热电路中感性元件所产生的自感电动势对可控硅的过压冲击。R1、C1组成低通滤波单元，能降低双向光电耦合器误触发对后续电路的影响。同时，双向光电耦合器的使用彻底隔离了强弱电路，避免了大功率器件对单片机的干扰。

2.4  加热元器件的选用