基于 ATmega16 單片機(jī)的微型氣象探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　液晶顯示模塊采用低功耗12864 液晶，3.3 V 供電，打開(kāi)背光時(shí)工作電流約10 mA,關(guān)閉背光工作電流小于1 mA.觀測(cè)時(shí)實(shí)時(shí)顯示溫度、濕度、氣壓、光照；查詢時(shí)，顯示記錄的測(cè)量值和測(cè)量時(shí)間；自動(dòng)測(cè)量時(shí)，可由單片機(jī)控制，關(guān)閉背光，減少電能消耗，達(dá)到低功耗效果。

　　系統(tǒng)電源模塊：電路中共用到3.3 V,5 V電壓值，由于是便攜式產(chǎn)品，可用5 V 鋰電池供電。進(jìn)入系統(tǒng)后，5 V 電壓通過(guò)LM1117?3.3 V 得到3.3 V 電壓給12864液晶、數(shù)字氣壓傳感器BMP085 和數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI等模塊供電。

　　時(shí)鐘模塊：實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用低功耗芯片DS1302,可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、念年及閏年補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)數(shù)，擴(kuò)展萬(wàn)年歷功能顯示，功耗低，2.5 V 供電時(shí)，功耗小于[10]

　　300 nA,且精度較高，滿足系統(tǒng)需求。

　　E2PROM 模塊：由于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)較多，選用儲(chǔ)存空間較大，成本較低的AT24C256[11] 儲(chǔ)存器。這種E2PROM具有32 KB容量，通過(guò)I2C總線與單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與讀取。

　　3 氣象探測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　微型氣象探測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的初始化、溫度數(shù)據(jù)采集、濕度數(shù)據(jù)采集、氣壓數(shù)據(jù)采集、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)采集、時(shí)鐘芯片、液晶顯示、儲(chǔ)存、按鍵等9個(gè)模塊，主要流程如圖6,圖7所示。

　　系統(tǒng)初始化以后，各個(gè)傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)、時(shí)鐘芯片開(kāi)始計(jì)時(shí)、單片機(jī)開(kāi)始處理數(shù)據(jù)、液晶開(kāi)始實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)觸發(fā)不同的功能按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入按鍵中斷，執(zhí)行儲(chǔ)存、查詢數(shù)據(jù)等功能。值得注意的是，傳感器采集的數(shù)據(jù)受外界因素的干擾，有可能采集到存在誤差較大的數(shù)據(jù)，為了保證測(cè)量的精確性，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)每10個(gè)做平均值，其平均值作為最終的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行顯示、儲(chǔ)存，以減小測(cè)量誤差。

　　4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比與分析

　　如圖8 所示，經(jīng)過(guò)軟硬件調(diào)試后，微型氣象探測(cè)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度、氣壓、光照強(qiáng)度的測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)、查詢功能。為了測(cè)試本氣象探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的精確度，分別將系統(tǒng)在2013年2月19日14時(shí)5分和2013年2月20日9時(shí)25分于南京浦口室外讀到的數(shù)據(jù)與中央氣象臺(tái)同一時(shí)間發(fā)布的南京天氣實(shí)況進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1.

　　從對(duì)比結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的微型氣象探測(cè)系統(tǒng)和中央氣象臺(tái)發(fā)布的溫度、濕度、氣壓基本一致，由于天氣預(yù)報(bào)范圍很廣，而本氣象探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的是小區(qū)域內(nèi)的氣候，所以測(cè)量值存在微小差異很正常，更可以說(shuō)明在小范圍區(qū)域，本設(shè)計(jì)測(cè)量值更精確。由于天氣預(yù)報(bào)中只有光強(qiáng)度定性的數(shù)據(jù)，沒(méi)法做直接的比較。值得注意的是，本氣象探測(cè)系統(tǒng)的光照強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于判斷室內(nèi)光強(qiáng)的強(qiáng)弱和路燈基礎(chǔ)照明的好壞也有較好的參考價(jià)值?？傊瑢?shí)驗(yàn)對(duì)比表明本文設(shè)計(jì)的氣象探測(cè)系統(tǒng)精度達(dá)到普通氣象測(cè)量要求，穩(wěn)定性好，適用于小區(qū)域內(nèi)的氣候測(cè)量。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)天氣預(yù)報(bào)范圍太廣，無(wú)法精確到小范圍區(qū)域；氣象臺(tái)成本太高；便攜式氣象儀匱乏的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于ATmega16低功耗單片機(jī)的便攜式氣象探測(cè)系統(tǒng)。該氣象探測(cè)系統(tǒng)集成了多種氣象傳感器，可系統(tǒng)地測(cè)量溫度、濕度、氣壓和光照強(qiáng)度等氣象參數(shù)，精確度達(dá)到了普通氣象參數(shù)的測(cè)量要求，具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和回溯查詢的功能。

　　同時(shí)功耗低，可用普通5 V鋰電池供電，攜帶方便，可適應(yīng)于各種小區(qū)域環(huán)境的氣侯預(yù)報(bào)，具有一定的實(shí)用性。