基于 ATmega16 單片機的微型氣象探測系統設計

DS18B20是世界上第一片支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器，內部自帶可編程9~12位轉換精度的模/數轉換器，溫度數字量轉換時(shí)間為200 ms,分辨率可達0.062 5 ℃，測量范圍為-55~125 ℃，供電范圍為3.0~5.5 V.它采用先進(jìn)的單總線(xiàn)進(jìn)行數據通信，而且可以不需要提供額外的電源，直接通過(guò)DQ與單片機的通信口相連，為傳感器供電。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，圖中為DS18B20設計了外接的電源，R1的兩端分別與VCC 和DQ相連，將DQ端的電壓拉高為傳感器供電。電容C1 接在GND 和VCC 之間起到非直流濾波作用，提高DS18B20的穩定性，從而提高溫度測量的精確度。

　　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，它典型的供電電壓為5 V.HS1101穩定性好、精度高、外帶防護罩、抗靜電、防灰塵、并可抵抗氨水、氯氣等，可測量的濕度范圍為1~100% RH,精度可達[5]±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LM555CN芯片的2腳和5腳之間，管腳7用作電阻R2 的短路，等量電容HS1101 通過(guò)R2,R4 充電到門(mén)限電壓（約0.67 V），通過(guò)R3 放電到觸發(fā)電平，然后R3 通過(guò)7腳短路到地，傳感器由不同的電阻R2,R3 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，轉換成濕度值。

　　2.4 氣壓測量模塊

　　氣壓模塊選用BOSCH公司生產(chǎn)的具有溫度補償能力的集成數字氣壓傳感器BMP085[6],它包含電阻式壓力傳感器、AD轉換器和控制單元，其中控制單元包括E2PROM和I2C接口。這種數字壓力傳感芯片的供電電壓為1.8~3.6 V,它具有超低功耗（標準工作模式下5 mA;待機電流0.1 mA）、高精度（低功耗模式下分辨率為0.06 hPa）和高可靠性，已廣泛應用于天氣預報、GPS精準導航、垂直速度指示和風(fēng)扇功率控制等領(lǐng)域，其經(jīng)濟性和適用性均符合本設計的要求，BMP085的輸出與外加壓強成正比，測量范圍是300~1 100 hPa,完全校準數字輸出，在完成采樣后，通過(guò)I2C 總線(xiàn)直接將數據傳送給微處理器。氣壓測量電路如圖4 所示。值得注意的是，BMP085數字壓力傳感器對氣壓？海拔高度提供了參考公式，利用該公式配合傳感器測量的氣壓值能夠較好地得到海拔高度[6?7].

　　2.5 光強度測量模塊

　　光強模塊的主要部件是BH1750FVI[8?9],這是一種16 位數字輸出型環(huán)境光強度傳感器集成芯片，其具有兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)接口，內置了16位AD轉換器，功耗低，集成度高，不需任何輔助器件就能夠完成光照度測量，設計人員無(wú)需考慮傳感器標定、信號放大、模/數轉換等過(guò)程，只需通過(guò)I2C BUS接口完成傳感器設置與照度讀取等操作。BH1750FVI光源依賴(lài)性弱，受紅外線(xiàn)影響很小，能夠測量范圍廣泛的輸入光（相當于1~65 536 lx），可對廣泛的亮度進(jìn)行1 lx的高精度測定。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化，能夠根據收集的光線(xiàn)強度數據來(lái)調整液晶或者鍵盤(pán)背景燈的亮度。

　　BH1750FVI工作電壓為2.4~3.6 V,典型的測量時(shí)間為120 ms.ATmega16 單片機通過(guò)BH1750FVI 采集環(huán)境光的強弱的數據。單片機和BH1750FVI之間的通信使用標準的I2C協(xié)議，單片機通過(guò)內部包含的I2C通信接口與BH1750FVI的I2C接口相連，容易實(shí)現編程與控制。如圖5所示，BH1750FVI只占用了單片機的兩個(gè)I/O接口，其中時(shí)鐘端SCL,數據端SDA 分別外接到了單片機的PD1和PD2口。

　　2.6 人機接口模塊及其他硬件模塊