基于PTR2000的無線氣象信息采集系統設計

2.6.1 系統功耗測算

　　系統工作在現場模式時，PTR2000模塊不工作，LCD處于工作狀態，背光打開，系統工作電壓為4.98V，電流為164mA，LCD處于關閉狀態時，電流為18mA。系統工作在無線模式時，PTR2000模塊工作，LCD關閉。PTR2000模塊的工作電壓為2.7V～5.25V，發射時工作電流為20mA～30mA，接收時工作電流為10mA[8]。PTR2000主要工作在發射狀態，工作電壓約為5V，工作電流取30mA，因此，PTR2000消耗的功率約為0.15W。系統長期工作在無線模式，為節約能源，LCD處于關閉狀態。根據以上分析，數據采集系統的總系統工作電流約為48mA，按I=50mA，功率為0.25W。

2.6.2 蓄電池選用

　　根據系統的工作情況、太陽能供電子系統的特點，選用電壓為12V的鉛酸蓄電池。數據采集系統全天候工作，考慮天氣因素影響，最長陰雨天數設為5天，蓄電池能為采集系統提供5天的電量，電池的放電深度取75%。根據系統功耗和系統的工作狀況，蓄電池的容量計算如式(3)所示。

　　Q=A*I*D*W*Tp/dd (3)

　　式中：A為安全系數，取1.1～1.4之間，取1.1;I=50mA為系統工作電流;D=24h為全天工作方式;W為最長連續陰雨天數，取W=5天;Tp為溫度修正系數，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2，取Tp=1.1;dd為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75。根據式(3)，計算容量為9680mAh，選擇容量為10Ah的蓄電池，電池尺寸為151×98×95。

2.6.3 太陽能電池板選用^[9]

　　蓄電池電壓為12V，鉛酸蓄電池充電終了時的標志一般是單體電壓為2.7 V，蓄電池的最大充電電壓為16.2V(2.7V×6)，考慮充電控制電路線路壓降，應選用18V的太陽能電池板。蓄電池的容量為10Ah，充電電流一般選用1A(10×0.1)。根據以上分析，太陽能電池板的功率為18W(18V×1A)。實際選用的是單晶硅太陽能電池板，功率為20W，峰值電壓為17.2V，峰值電流為1.16A，電池板尺寸為485*350。

　　2.6.4 太陽能電池充電控制

　　充電控制電路控制蓄電池充電，同時保護蓄電池，避免過充。SUN_V與ATmega16的內置模數轉換器ADC0相連，檢測光電池的電壓，BAT_V與ADC1相連，檢測蓄電池的電壓，判斷蓄電池是否已經達到過充點或過放點。SUN_CTR和BAT_CTR與ATmega16的I/O口相連，根據檢測結果發出充電、停充指令。當蓄電池電壓高于16.2V，停止充電;當太陽能電池板電壓低于蓄電池電壓時，停止充電;蓄電池電壓低于16.2V，并且太陽能電池電壓高于蓄電池電壓1.3V時，進行充電。

　　蓄電池的輸出電壓經過DC-DC變換為5V后為信息采集端電路供電。

3 信息采集系統軟件設計

　　采用C語言設計了溫度、濕度和氣壓測量程序，無線數據傳輸程序、太陽能充放電控制程序。

3.1 溫度測量程序設計

　　Read_Temperature(void) 是DSl8B20溫度采集程序，程序清單如下：

　　Read_Temperature(void)

　　{

　　Init_DS18B20() ;//DS18B20初始化

　　WriteOneChar(0xCC) ; // 跳過讀序號列號的操作

　　WriteOneChar(0x44) ; // 啟動溫度轉換

　　Init_DS18B20() ;

　　WriteOneChar(0xCC) ; //跳過讀序號列號的操作

　　WriteOneChar(0xBE) ; //讀取溫度寄存器

　　tel = ReadOneChar() ; //溫度低8位

　　teh = ReadOneChar() ; //溫度高8位

　　}

　　Init_DS18B20()是DSl8B20初始化程序，根據DSl8B20的1-WIRE協議，控制器先向DQ發出低電平復位脈沖，寬度在480μs~ 960μs之間，然后恢復DQ的高電平，在200μs之內，等待由DSl8B20發出的應答脈沖。如果DQ被下拉為低電平，則DSl8B20初始化成功。

　　WriteOneChar()是DSl8B20寫入程序，控制器先下拉DQ為0，延時1μs以上，隨后寫入數據位，延時60μs，再置DQ為1，各位逐位寫入。

　　ReadOneChar()是DSl8B20讀出程序，控制器先下拉DQ為0，延時1μs以上，隨后從DQ上讀入數據位，延時60μs，再置DQ為1，完成一位數據的讀取，各位逐位讀出。

　　采集溫度時，先進行DSl8B20復位，然后向DSl8B20寫入跳出ROM命令CCH和溫度轉換命令44H，經延時750μs等待DSl8B20充分完成溫度轉換。再進行一次復位后，通過發送溫度讀取命令BEH，即可調用數據讀取子程序得到轉換的溫度數據。

　　溫度計算時，讀取的溫度值高八位如果大于0×07則溫度值為負，應取反加一后乘以0.625，溫度值高八位如果小于0×07則溫度值為正，直接乘以0.625即可。