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

　　0 引言

　　氣候變化使得我國干旱，洪澇等自然災(zāi)害更加嚴(yán)重，提高我國的氣象探測能力，有助于增強(qiáng)我國災(zāi)害預(yù)警和人工影響天氣能力。因此，氣象要素測量系統(tǒng)開發(fā)研究具有重要的意義。目前很多地區(qū)氣象要素的測量大多依靠當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報，然而天氣預(yù)報地域范圍較廣，無法精確到小區(qū)域的氣候測量。而搭建氣象臺成本較高，性價比低，因此設(shè)計一種微型化，便攜式的綜合氣象探測系統(tǒng)就顯得十分必要。針對以上問題本文設(shè)計了一種便攜式氣象探測系統(tǒng)，該氣象檢測系統(tǒng)可以有效地測量小區(qū)域的溫度、濕度、氣壓、光照強(qiáng)度等氣象參數(shù)，精度可達(dá)到普通氣象測量要求，還有顯示、存儲、回溯查詢的功能，具有低功耗、微型化、便攜式、低成本的特點，適應(yīng)于各種小區(qū)域的氣象測量，具有一定的實用價值。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計和工作原理

　　本氣象測量系統(tǒng)以低功耗AVR 單片機(jī)ATmega16作為核心控制部件，如圖1所示，由溫度測量模塊、濕度測量模塊、氣壓測量模塊、光照強(qiáng)度測量模塊、時鐘芯片、E2PROM、液晶顯示和獨立按鍵等模塊組成。通過各個傳感器將溫度、濕度、氣壓、光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號，利用單片機(jī)處理后得到測量數(shù)據(jù)，并在液晶上顯示。通過E2PROM 和獨立按鍵實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和查詢。按下存儲鍵，儲存各個測量數(shù)據(jù)和時鐘芯片得到的當(dāng)前時間；按下查詢鍵，查詢以前存儲的測量數(shù)據(jù)。同時該系統(tǒng)還具有自動測量功能，自動測量時，關(guān)閉液晶，測得數(shù)據(jù)每30 min存入E2PROM一次。

　　2 氣象探測系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 ATmega16簡介

　　ATmega16 是Atmel 公司推出的基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器[1?2].由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz,從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16擁有強(qiáng)大的處理能力，集成度高，嵌入模塊豐富（32 個通用工作寄存器、10位A/D 通道、16位定時器、512 B E2PROM、16 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH 等），多用于智能家電、智能儀表、電池供電等便攜式設(shè)備中。本氣象探測系統(tǒng)采用ATmega16單片機(jī)為主控芯片，不僅滿足了設(shè)計的要求，可以直接運用內(nèi)部集成的8通道10位A/D和16位定時器，減少外圍模塊，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。ATmega16可寬電壓運行（2.7~5.5 V）。在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，這有效地減少系統(tǒng)功耗，節(jié)約電能。

　　2.2 溫度測量模塊

　　目前常用的溫度傳感器主要有模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式的溫度傳感器主要有PT100,其精度高，性能穩(wěn)定[3],工作溫度在-200~650 ℃之間，但是由PT100構(gòu)成的溫度測量電路十分復(fù)雜，成本和功耗較大，而且普通氣象測量對于溫度測量的精度要求并不高，所以，本設(shè)計選用電路簡單的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20[4].