基于MSP430單片機的便攜式氣象儀設計

利用各個(gè)傳感器將溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向轉化為電信號，通過(guò)單片機處理后得到測量數據，各個(gè)數據和時(shí)鐘芯片得到的時(shí)間信息一并在液晶上顯示，實(shí)現氣象參數的實(shí)時(shí)顯示。
通過(guò)E2PROM和獨立按鍵實(shí)現數據的存儲和查詢(xún)——按下存儲鍵，儲存當前的時(shí)間和數據；按下查詢(xún)鍵，查詢(xún)以前存儲的測量數據。同時(shí)，還具有自動(dòng)測量的功能，自動(dòng)測量時(shí)，關(guān)閉液晶，測得數據每小時(shí)存入E2PROM一次。

2 硬件設計
2．1 MSP430簡(jiǎn)介
MSP430是TI公司推出的一系列超低功耗微處理器。它的顯著(zhù)特性是具有超低功耗，有5個(gè)低功耗模式可供選擇，喚醒時(shí)間很短，只需6μs，同時(shí)還擁有強大的處理力，集成度高，嵌入模塊豐富(12位A／D、16位定時(shí)器、FLASH等)，多用于智能儀表、智能家電、電池供電等便攜式設備中。本氣象儀采用MSP430系列的MSP430F149單片機為主控芯片，不僅滿(mǎn)足了設計的要求，可以直接運用內部集成的12位A／D和16位定時(shí)器，減少外圍模塊，從而提高了系統穩定性。同時(shí)還可使單片機進(jìn)入低功耗模式，有效地減少系統功耗，節約電能。
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字式兩種。模擬式的溫度傳感器主要有PT100，它精度高，性能穩定，工作溫度在-200～650℃之間，但是由PT100構成的溫度測量電路十分復雜，功耗和成本較大，而且普通氣象測量對于溫度測量的精度要求并不是十分高，所以，本設計選用電路較為簡(jiǎn)單的數字式溫度傳感器AD7416。

AD7416是一款多功能溫度傳感器，內部采用10位逐次逼近型模／數轉換器，典型的溫度轉換時(shí)間為400μs，分辨率可達0．25℃，測量范圍為-40～125℃，最低功耗可達1．2 μW，采用I2C總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，并且具有過(guò)溫保護和采樣放錯機制。選用此傳感器不僅滿(mǎn)足精度要求，而且電路簡(jiǎn)單，還可以達到低功耗的功能。溫度測量電路如圖2所示，串行總線(xiàn)地址的低3位A0，A1，A2均接地，其串行地址為48H；其數據引腳SDA和時(shí)鐘引腳SCL外接上拉電阻與單片機I／O口相連，通過(guò)I2C總線(xiàn)寫(xiě)入控制字，控制其進(jìn)行溫度測量。
2．3 濕度測量模塊
濕度傳感器主要分為電容式和電阻式兩大類(lèi)，目前應用比較廣泛的是HS1101電容式濕度傳感器，它的穩定性好、精度高、外帶防護罩、抗靜電、防灰塵、并可抵抗氯氣、氨水等，可測量的濕度范圍為1％～100％ RH，精度可達±2％RH，符合普通氣象測量的要求。當相對濕度變化時(shí)HS1101的相對電容改變，相對電容大小的改變會(huì )導致充放電時(shí)間的變化，測量時(shí)僅需要根據充放電頻率即可計算出相對濕度。

濕度測量電路如圖3所示，相對濕度測量通過(guò)555多諧振蕩電路實(shí)現，HS1101作為電容變量接在TLC555芯片的2腳和5腳之間，管腳7用作電阻R5的短路，等量電容HS1101通過(guò)R3，R4充電到門(mén)限電壓(約0．67 V)，通過(guò)R4放電到觸發(fā)電平，然后R4通過(guò)7短路到地，傳感器由不同的電阻R5，R4充放電，形成充放電循環(huán)，形成方波。由單片機測得方波頻率，根據HS1101的換算關(guān)系，轉換成濕度置。