基于MSP430 單片機的便攜式氣象儀設計

　　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 軟件設計

　　3.1 軟件流程

　　氣象儀的軟件設計包括系統的初始化.溫度數據采集.濕度數據采集.氣壓數據采集.風(fēng)速數據采集.風(fēng)向數據采集.時(shí)鐘.液晶顯示.儲存.按鍵等10大模塊，主要流程如圖7,圖8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.

　　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.

　　3.2 低功耗設計

　　MSP430單片機最大優(yōu)勢在于它的低功耗特性，本系統程序按照低功耗方式設計.除了必要的設備初始化以外，其余程序（鍵盤(pán)觸發(fā).定時(shí)器.A/D轉換）均在中斷中完成.單片機大部分時(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，這一設計方案大大降低了系統功耗.為了進(jìn)一步降低功耗，當不觀(guān)測測量數據時(shí)，可以使系統進(jìn)入自動(dòng)測量模式，單片機控制液晶，關(guān)閉其背光，減少功耗.

　　4 實(shí)驗結果對比與分析

　　經(jīng)過(guò)軟.硬件調試后，系統成功實(shí)現了溫度.濕度.氣壓.風(fēng)速.風(fēng)向的測量.顯示.存儲.查詢(xún)功能.為了測試本氣象儀測量的精確度，分別將系統在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，測試結果如表1所示.

　　從對比結果可以看出，本文設計的氣象儀和中央氣象臺發(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，由于天氣預報范圍很廣，而本氣象儀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.

　　而對比中風(fēng)速差異稍大，一是由于本氣象儀測量的范圍與天氣預報測量范圍差異造成的，二是由于風(fēng)速較低，小磁鋼所轉圈數較少，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，則測量更精確些.總之，實(shí)驗對比表明本文設計的氣象儀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MSP430 低功耗單片機的便攜式氣象儀.該氣象儀集成了多種氣象傳感器，可系統地測量溫度.濕度.氣壓.風(fēng)速.風(fēng)向等氣象參數，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)功耗很低，可用電池供電，普通5 V 鋰電池大約可以持續工作2天左右，攜帶方便，可適應于各種小區域環(huán)境的氣侯預報，具有較強的實(shí)用性.