基于MSP430 單片機(jī)的便攜式氣象儀設(shè)計(jì)

　　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 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 軟件流程

　　氣象儀的軟件設(shè)計(jì)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.風(fēng)速數(shù)據(jù)采集.風(fēng)向數(shù)據(jù)采集.時(shí)鐘.液晶顯示.儲(chǔ)存.按鍵等10大模塊，主要流程如圖7,圖8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.

　　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.

　　3.2 低功耗設(shè)計(jì)

　　MSP430單片機(jī)最大優(yōu)勢(shì)在于它的低功耗特性，本系統(tǒng)程序按照低功耗方式設(shè)計(jì).除了必要的設(shè)備初始化以外，其余程序（鍵盤(pán)觸發(fā).定時(shí)器.A/D轉(zhuǎn)換）均在中斷中完成.單片機(jī)大部分時(shí)間處于LPM1 低功耗模式中，只有中斷被觸發(fā)時(shí)，才被喚醒，這一設(shè)計(jì)方案大大降低了系統(tǒng)功耗.為了進(jìn)一步降低功耗，當(dāng)不觀測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可以使系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)測(cè)量模式，單片機(jī)控制液晶，關(guān)閉其背光，減少功耗.

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析

　　經(jīng)過(guò)軟.硬件調(diào)試后，系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了溫度.濕度.氣壓.風(fēng)速.風(fēng)向的測(cè)量.顯示.存儲(chǔ).查詢功能.為了測(cè)試本氣象儀測(cè)量的精確度，分別將系統(tǒng)在2013 年1 月21日18時(shí)45分和2013年1月22日14時(shí)45分于南京室外讀到的數(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)果如表1所示.

　　從對(duì)比結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的氣象儀和中央氣象臺(tái)發(fā)布的溫度.濕度.氣壓基本一致，風(fēng)向完全一樣，風(fēng)速差別略大，由于天氣預(yù)報(bào)范圍很廣，而本氣象儀測(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.

　　而對(duì)比中風(fēng)速差異稍大，一是由于本氣象儀測(cè)量的范圍與天氣預(yù)報(bào)測(cè)量范圍差異造成的，二是由于風(fēng)速較低，小磁鋼所轉(zhuǎn)圈數(shù)較少，風(fēng)杯與支柱間的摩擦力等因素造成速度分辨率低，若風(fēng)速較大，則測(cè)量更精確些.總之，實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明本文設(shè)計(jì)的氣象儀精度達(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MSP430 低功耗單片機(jī)的便攜式氣象儀.該氣象儀集成了多種氣象傳感器，可系統(tǒng)地測(cè)量溫度.濕度.氣壓.風(fēng)速.風(fēng)向等氣象參數(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)功耗很低，可用電池供電，普通5 V 鋰電池大約可以持續(xù)工作2天左右，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)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性.