基于 ATmega16 单片机的微型气象探测系统设计

作者：时间：2013-09-02 来源：网络收藏

DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，内部自带可编程9~12位转换精度的模/数转换器，温度数字量转换时间为200 ms,分辨率可达0.062 5 ℃，测量范围为-55~125 ℃，供电范围为3.0~5.5 V.它采用先进的单总线进行数据通信，而且可以不需要提供额外的电源，直接通过DQ与单片机的通信口相连，为传感器供电。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，图中为DS18B20设计了外接的电源，R1的两端分别与VCC 和DQ相连，将DQ端的电压拉高为传感器供电。电容C1 接在GND 和VCC 之间起到非直流滤波作用，提高DS18B20的稳定性，从而提高温度测量的精确度。

　　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，它典型的供电电压为5 V.HS1101稳定性好、精度高、外带防护罩、抗静电、防灰尘、并可抵抗氨水、氯气等，可测量的湿度范围为1~100% RH,精度可达[5]±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LM555CN芯片的2脚和5脚之间，管脚7用作电阻R2 的短路，等量电容HS1101 通过R2,R4 充电到门限电压（约0.67 V），通过R3 放电到触发电平，然后R3 通过7脚短路到地，传感器由不同的电阻R2,R3 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，转换成湿度值。

　　2.4 气压测量模块

　　气压模块选用BOSCH公司生产的具有温度补偿能力的集成数字气压传感器BMP085[6],它包含电阻式压力传感器、AD转换器和控制单元，其中控制单元包括E2PROM和I2C接口。这种数字压力传感芯片的供电电压为1.8~3.6 V,它具有超低功耗（标准工作模式下5 mA;待机电流0.1 mA）、高精度（低功耗模式下分辨率为0.06 hPa）和高可靠性，已广泛应用于天气预报、GPS精准导航、垂直速度指示和风扇功率控制等领域，其经济性和适用性均符合本设计的要求，BMP085的输出与外加压强成正比，测量范围是300~1 100 hPa,完全校准数字输出，在完成采样后，通过I2C 总线直接将数据传送给微处理器。气压测量电路如图4 所示。值得注意的是，BMP085数字压力传感器对气压？海拔高度提供了参考公式，利用该公式配合传感器测量的气压值能够较好地得到海拔高度[6?7].

　　2.5 光强度测量模块

　　光强模块的主要部件是BH1750FVI[8?9],这是一种16 位数字输出型环境光强度传感器集成芯片，其具有两线式串行总线接口，内置了16位AD转换器，功耗低，集成度高，不需任何辅助器件就能够完成光照度测量，设计人员无需考虑传感器标定、信号放大、模/数转换等过程，只需通过I2C BUS接口完成传感器设置与照度读取等操作。BH1750FVI光源依赖性弱，受红外线影响很小，能够测量范围广泛的输入光（相当于1~65 536 lx），可对广泛的亮度进行1 lx的高精度测定。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，能够根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。

　　BH1750FVI工作电压为2.4~3.6 V,典型的测量时间为120 ms.ATmega16 单片机通过BH1750FVI 采集环境光的强弱的数据。单片机和BH1750FVI之间的通信使用标准的I2C协议，单片机通过内部包含的I2C通信接口与BH1750FVI的I2C接口相连，容易实现编程与控制。如图5所示，BH1750FVI只占用了单片机的两个I/O接口，其中时钟端SCL,数据端SDA 分别外接到了单片机的PD1和PD2口。