基于 ATmega16 單片機的微型氣象探測系統設計

　　0 引言

　　氣候變化使得我國干旱，洪澇等自然災害更加嚴重，提高我國的氣象探測能力，有助于增強我國災害預警和人工影響天氣能力。因此，氣象要素測量系統開發研究具有重要的意義。目前很多地區氣象要素的測量大多依靠當地天氣預報，然而天氣預報地域范圍較廣，無法精確到小區域的氣候測量。而搭建氣象臺成本較高，性價比低，因此設計一種微型化，便攜式的綜合氣象探測系統就顯得十分必要。針對以上問題本文設計了一種便攜式氣象探測系統，該氣象檢測系統可以有效地測量小區域的溫度、濕度、氣壓、光照強度等氣象參數，精度可達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，適應于各種小區域的氣象測量，具有一定的實用價值。

　　1 系統設計和工作原理

　　本氣象測量系統以低功耗AVR 單片機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、光強度轉化為電信號，利用單片機處理后得到測量數據，并在液晶上顯示。通過E2PROM 和獨立按鍵實現數據的存儲和查詢。按下存儲鍵，儲存各個測量數據和時鐘芯片得到的當前時間；按下查詢鍵，查詢以前存儲的測量數據。同時該系統還具有自動測量功能，自動測量時，關閉液晶，測得數據每30 min存入E2PROM一次。

　　2 氣象探測系統硬件設計

　　2.1 ATmega16簡介

　　ATmega16 是Atmel 公司推出的基于增強的AVRRISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器[1?2].由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega16的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz,從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16擁有強大的處理能力，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的系統內可編程FLASH 等），多用于智能家電、智能儀表、電池供電等便攜式設備中。本氣象探測系統采用ATmega16單片機為主控芯片，不僅滿足了設計的要求，可以直接運用內部集成的8通道10位A/D和16位定時器，減少外圍模塊，從而提高系統穩定性。ATmega16可寬電壓運行（2.7~5.5 V）。在省電模式下，異步定時器繼續運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態，這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,其精度高，性能穩定[3],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，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，本設計選用電路簡單的數字式溫度傳感器DS18B20[4].