基于 ATmega16 單片機的微型氣象探測系統設計

　　液晶顯示模塊采用低功耗12864 液晶，3.3 V 供電，打開(kāi)背光時(shí)工作電流約10 mA,關(guān)閉背光工作電流小于1 mA.觀(guān)測時(shí)實(shí)時(shí)顯示溫度、濕度、氣壓、光照；查詢(xún)時(shí)，顯示記錄的測量值和測量時(shí)間；自動(dòng)測量時(shí)，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(jìn)入系統后，5 V 電壓通過(guò)LM1117?3.3 V 得到3.3 V 電壓給12864液晶、數字氣壓傳感器BMP085 和數字光強度傳感器BH1750FVI等模塊供電。

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

　　300 nA,且精度較高，滿(mǎn)足系統需求。

　　E2PROM 模塊：由于儲存數據較多，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(guò)I2C總線(xiàn)與單片機相連，實(shí)現數據的儲存與讀取。

　　3 氣象探測系統軟件設計

　　微型氣象探測系統的軟件設計主要包括系統的初始化、溫度數據采集、濕度數據采集、氣壓數據采集、光照強度數據采集、時(shí)鐘芯片、液晶顯示、儲存、按鍵等9個(gè)模塊，主要流程如圖6,圖7所示。

　　系統初始化以后，各個(gè)傳感器開(kāi)始采集數據、時(shí)鐘芯片開(kāi)始計時(shí)、單片機開(kāi)始處理數據、液晶開(kāi)始實(shí)時(shí)顯示數據。當觸發(fā)不同的功能按鍵，系統進(jìn)入按鍵中斷，執行儲存、查詢(xún)數據等功能。值得注意的是，傳感器采集的數據受外界因素的干擾，有可能采集到存在誤差較大的數據，為了保證測量的精確性，對采集到的數據每10個(gè)做平均值，其平均值作為最終的測量數據，進(jìn)行顯示、儲存，以減小測量誤差。

　　4 實(shí)驗測試結果對比與分析

　　如圖8 所示，經(jīng)過(guò)軟硬件調試后，微型氣象探測系統成功實(shí)現了溫度、濕度、氣壓、光照強度的測量、顯示、存儲、查詢(xún)功能。為了測試本氣象探測系統測量的精確度，分別將系統在2013年2月19日14時(shí)5分和2013年2月20日9時(shí)25分于南京浦口室外讀到的數據與中央氣象臺同一時(shí)間發(fā)布的南京天氣實(shí)況進(jìn)行對比，測試結果見(jiàn)表1.

　　從對比結果可以看出，本文設計的微型氣象探測系統和中央氣象臺發(fā)布的溫度、濕度、氣壓基本一致，由于天氣預報范圍很廣，而本氣象探測系統測量的是小區域內的氣候，所以測量值存在微小差異很正常，更可以說(shuō)明在小范圍區域，本設計測量值更精確。由于天氣預報中只有光強度定性的數據，沒(méi)法做直接的比較。值得注意的是，本氣象探測系統的光照強度測量數據對于判斷室內光強的強弱和路燈基礎照明的好壞也有較好的參考價(jià)值?？傊?，實(shí)驗對比表明本文設計的氣象探測系統精度達到普通氣象測量要求，穩定性好，適用于小區域內的氣候測量。

　　5 結語(yǔ)

　　針對天氣預報范圍太廣，無(wú)法精確到小范圍區域；氣象臺成本太高；便攜式氣象儀匱乏的現狀，設計了基于ATmega16低功耗單片機的便攜式氣象探測系統。該氣象探測系統集成了多種氣象傳感器，可系統地測量溫度、濕度、氣壓和光照強度等氣象參數，精確度達到了普通氣象參數的測量要求，具有數據儲存和回溯查詢(xún)的功能。

　　同時(shí)功耗低，可用普通5 V鋰電池供電，攜帶方便，可適應于各種小區域環(huán)境的氣侯預報，具有一定的實(shí)用性。