基于ATmega16单片机的微型气象探测系统设计

0 引言

气候变化使得我国干旱，洪涝等自然灾害更加严重，提高我国的气象探测能力，有助于增强我国灾害预警和人工影响天气能力。因此，气象要素测量系统开发研究具有重要的意义。目前很多地区气象要素的测量大多依靠当地天气预报，然而天气预报地域范围较广，无法精确到小区域的气候测量。而搭建气象台成本较高，性价比低，因此设计一种微型化，便携式的综合气象探测系统就显得十分必要。针对以上问题本文设计了一种便携式气象探测系统，该气象检测系统可以有效地测量小区域的温度、湿度、气压、光照强度等气象参数，精度可达到普通气象测量要求，还有显示、存储、回溯查询的功能，具有低功耗、微型化、便携式、低成本的特点，适应于各种小区域的气象测量，具有一定的实用价值。

1 系统设计和工作原理

本气象测量系统以低功耗AVR 单片机ATmega16作为核心控制部件，如图1所示，由温度测量模块、湿度测量模块、气压测量模块、光照强度测量模块、时钟芯片、E2PROM、液晶显示和独立按键等模块组成。通过各个传感器将温度、湿度、气压、光强度转化为电信号，利用单片机处理后得到测量数据，并在液晶上显示。通过E2PROM 和独立按键实现数据的存储和查询。按下存储键，储存各个测量数据和时钟芯片得到的当前时间；按下查询键，查询以前存储的测量数据。同时该系统还具有自动测量功能，自动测量时，关闭液晶，测得数据每30 min存入E2PROM一次。

2 气象探测系统硬件设计

2.1 ATmega16简介

ATmega16 是Atmel 公司推出的基于增强的AVRRISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器[1?2].由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16拥有强大的处理能力，集成度高，嵌入模块丰富（32 个通用工作寄存器、10位A/D 通道、16位定时器、512 B E2PROM、16 KB的系统内可编程FLASH 等），多用于智能家电、智能仪表、电池供电等便携式设备中。本气象探测系统采用ATmega16单片机为主控芯片，不仅满足了设计的要求，可以直接运用内部集成的8通道10位A/D和16位定时器，减少外围模块，从而提高系统稳定性。ATmega16可宽电压运行（2.7~5.5 V）。在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态，这有效地减少系统功耗，节约电能。

2.2 温度测量模块

目前常用的温度传感器主要有模拟式和数字式两种。模拟式的温度传感器主要有PT100,其精度高，性能稳定[3],工作温度在-200~650 ℃之间，但是由PT100构成的温度测量电路十分复杂，成本和功耗较大，而且普通气象测量对于温度测量的精度要求并不高，所以，本设计选用电路简单的数字式温度传感器DS18B20[4].

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