基于 ATmega16 單片機的微型氣象探測系統(tǒng)設(shè)計

　　液晶顯示模塊采用低功耗12864 液晶，3.3 V 供電，打開背光時工作電流約10 mA,關(guān)閉背光工作電流小于1 mA.觀測時實時顯示溫度、濕度、氣壓、光照；查詢時，顯示記錄的測量值和測量時間；自動測量時，可由單片機控制，關(guān)閉背光，減少電能消耗，達到低功耗效果。

　　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。進入系統(tǒng)后，5 V 電壓通過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)字光強度傳感器BH1750FVI等模塊供電。

　　時鐘模塊：實時時鐘采用低功耗芯片DS1302,可自動對秒、分、時、日、周、月、念年及閏年補償進行計數(shù)，擴展萬年歷功能顯示，功耗低，2.5 V 供電時，功耗小于[10]

　　300 nA,且精度較高，滿足系統(tǒng)需求。

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

　　3 氣象探測系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　微型氣象探測系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括系統(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、光照強度數(shù)據(jù)采集、時鐘芯片、液晶顯示、儲存、按鍵等9個模塊，主要流程如圖6,圖7所示。

　　系統(tǒng)初始化以后，各個傳感器開始采集數(shù)據(jù)、時鐘芯片開始計時、單片機開始處理數(shù)據(jù)、液晶開始實時顯示數(shù)據(jù)。當觸發(fā)不同的功能按鍵，系統(tǒng)進入按鍵中斷，執(zhí)行儲存、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)，為了保證測量的精確性，對采集到的數(shù)據(jù)每10個做平均值，其平均值作為最終的測量數(shù)據(jù)，進行顯示、儲存，以減小測量誤差。

　　4 實驗測試結(jié)果對比與分析

　　如圖8 所示，經(jīng)過軟硬件調(diào)試后，微型氣象探測系統(tǒng)成功實現(xiàn)了溫度、濕度、氣壓、光照強度的測量、顯示、存儲、查詢功能。為了測試本氣象探測系統(tǒng)測量的精確度，分別將系統(tǒng)在2013年2月19日14時5分和2013年2月20日9時25分于南京浦口室外讀到的數(shù)據(jù)與中央氣象臺同一時間發(fā)布的南京天氣實況進行對比，測試結(jié)果見表1.

　　從對比結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的微型氣象探測系統(tǒng)和中央氣象臺發(fā)布的溫度、濕度、氣壓基本一致，由于天氣預(yù)報范圍很廣，而本氣象探測系統(tǒng)測量的是小區(qū)域內(nèi)的氣候，所以測量值存在微小差異很正常，更可以說明在小范圍區(qū)域，本設(shè)計測量值更精確。由于天氣預(yù)報中只有光強度定性的數(shù)據(jù)，沒法做直接的比較。值得注意的是，本氣象探測系統(tǒng)的光照強度測量數(shù)據(jù)對于判斷室內(nèi)光強的強弱和路燈基礎(chǔ)照明的好壞也有較好的參考價值?？傊?，實驗對比表明本文設(shè)計的氣象探測系統(tǒng)精度達到普通氣象測量要求，穩(wěn)定性好，適用于小區(qū)域內(nèi)的氣候測量。

　　5 結(jié)語

　　針對天氣預(yù)報范圍太廣，無法精確到小范圍區(qū)域；氣象臺成本太高；便攜式氣象儀匱乏的現(xiàn)狀，設(shè)計了基于ATmega16低功耗單片機的便攜式氣象探測系統(tǒng)。該氣象探測系統(tǒng)集成了多種氣象傳感器，可系統(tǒng)地測量溫度、濕度、氣壓和光照強度等氣象參數(shù)，精確度達到了普通氣象參數(shù)的測量要求，具有數(shù)據(jù)儲存和回溯查詢的功能。

　　同時功耗低，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，具有一定的實用性。