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基于MSP430单片机的便携式气象仪设计

发布时间:2020-06-30 20:16:44 阅读: 来源:木炭厂家

0 引言

温度.湿度.气压.风速.风向等气象参数的测量在日常生活.农业.渔业.工业.林业.航海等领域中起着十分重要的作用,很多地区气象参数的测量大多依靠当地天气预报,可是,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,性价比很低,因此设计一种小型化,便携式的综合气象测量仪就显得十分必要.针对上述问题本文设计了一种低功耗便携式气象仪,该气象检测系统可以有效地测量小区域的温度.湿度.气压.风速.风向等气象参数,精度可达到普通气象测量要求,还有实时显示.实时存储.回溯查询的功能,具有低功耗.小型化.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

如图1 所示,本气象测量系统以低功耗单片机MSP430F149作为核心控制部件,加以温度测量模块.湿度测量模块.气压测量模块.风速测量模块.风向测量模块.时钟模块.以及E2PROM.液晶显示和独立按键等模块组成.

利用各个传感器将温度.湿度.气压.风速.风向转化为电信号,通过单片机处理后得到测量数据,各个数据和时钟芯片得到的时间信息一并在液晶上显示,实现气象参数的实时显示.

通过E2PROM 和独立按键实现数据的存储和查询--按下存储键,储存当前的时间和数据;按下查询键,查询以前存储的测量数据.同时,还具有自动测量的功能,自动测量时,关闭液晶,测得数据每小时存入E2PROM一次.

2 硬件设计

2.1 MSP430简介

MSP430 是TI 公司推出的一系列超低功耗微处理器.它的显着特性是具有超低功耗,有5个低功耗模式可供选择,唤醒时间很短,只需6 μs,同时还拥有强大的处理力,集成度高,嵌入模块丰富(12位A/D.16位定时器.FLASH 等),多用于智能仪表.智能家电.电池供电等便携式设备中.本气象仪采用MSP430 系列的MSP430F149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12位A/D和16位定时器,减少外围模块,从而提高了系统稳定性.同时还可使单片机进入低功耗模式,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,它精度高,性能稳定,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,功耗和成本较大,而且普通气象测量对于温度测量的精度要求并不是十分高,所以,本设计选用电路较为简单的数字式温度传感器AD7416.

AD7416是一款多功能温度传感器,内部采用10位逐次逼近型模/数转换器,典型的温度转换时间为400 μs,分辨率可达0.25 ℃,测量范围为-40~125 ℃,最低功耗可达1.2 μW,采用I2C 总线进行数据传输,并且具有过温保护和采样放错机制.选用此传感器不仅满足精度要求,而且电路简单,还可以达到低功耗的功能.温度测量电路如图2 所示,串行总线地址的低3 位A0,A1,A2均接地,其串行地址为48H;其数据引脚SDA和时钟引脚SCL外接上拉电阻与单片机I/O口相连,通过I2C总线写入控制字,控制其进行温度测量.

2.3 湿度测量模块

湿度传感器主要分为电容式和电阻式两大类,目前应用比较广泛的是HS1101电容式湿度传感器,它的稳定性好.精度高.外带防护罩.抗静电.防灰尘.并可抵抗氯气.氨水等,可测量的湿度范围为1%~100% RH,精度可达±2% RH,符合普通气象测量的要求.当相对湿度变化时HS1101的相对电容改变,相对电容大小的改变会导致充放电时间的变化,测量时仅需要根据充放电频率即可计算出相对湿度.

湿度测量电路如图3所示,相对湿度测量通过555多谐振荡电路实现,HS1101作为电容变量接在TLC555芯片的2 脚和5 脚之间,管脚7 用作电阻R5 的短路,等量电容HS1101通过R3,R4充电到门限电压(约0.67 V),通过R4 放电到触发电平,然后R4 通过7短路到地,传感器由不同的电阻R5,R4充放电,形成充放电循环,形成方波.由单片机测得方波频率,根据HS1101的换算关系,转换成湿度置.

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