基于MSP430單片機(jī)的便攜式氣象儀設(shè)計(jì)

利用各個(gè)傳感器將溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)處理后得到測(cè)量數(shù)據(jù)，各個(gè)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘芯片得到的時(shí)間信息一并在液晶上顯示，實(shí)現(xiàn)氣象參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。
通過(guò)E2PROM和獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢——按下存儲(chǔ)鍵，儲(chǔ)存當(dāng)前的時(shí)間和數(shù)據(jù)；按下查詢鍵，查詢以前存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)，還具有自動(dòng)測(cè)量的功能，自動(dòng)測(cè)量時(shí)，關(guān)閉液晶，測(cè)得數(shù)據(jù)每小時(shí)存入E2PROM一次。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 MSP430簡(jiǎn)介
MSP430是TI公司推出的一系列超低功耗微處理器。它的顯著特性是具有超低功耗，有5個(gè)低功耗模式可供選擇，喚醒時(shí)間很短，只需6μs，同時(shí)還擁有強(qiáng)大的處理力，集成度高，嵌入模塊豐富(12位A／D、16位定時(shí)器、FLASH等)，多用于智能儀表、智能家電、電池供電等便攜式設(shè)備中。本氣象儀采用MSP430系列的MSP430F149單片機(jī)為主控芯片，不僅滿足了設(shè)計(jì)的要求，可以直接運(yùn)用內(nèi)部集成的12位A／D和16位定時(shí)器，減少外圍模塊，從而提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)還可使單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式，有效地減少系統(tǒng)功耗，節(jié)約電能。
2．2 溫度測(cè)量模塊
目前常用的溫度傳感器主要有模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式的溫度傳感器主要有PT100，它精度高，性能穩(wěn)定，工作溫度在-200～650℃之間，但是由PT100構(gòu)成的溫度測(cè)量電路十分復(fù)雜，功耗和成本較大，而且普通氣象測(cè)量對(duì)于溫度測(cè)量的精度要求并不是十分高，所以，本設(shè)計(jì)選用電路較為簡(jiǎn)單的數(shù)字式溫度傳感器AD7416。

AD7416是一款多功能溫度傳感器，內(nèi)部采用10位逐次逼近型模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，典型的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間為400μs，分辨率可達(dá)0．25℃，測(cè)量范圍為-40～125℃，最低功耗可達(dá)1．2 μW，采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且具有過(guò)溫保護(hù)和采樣放錯(cuò)機(jī)制。選用此傳感器不僅滿足精度要求，而且電路簡(jiǎn)單，還可以達(dá)到低功耗的功能。溫度測(cè)量電路如圖2所示，串行總線地址的低3位A0，A1，A2均接地，其串行地址為48H；其數(shù)據(jù)引腳SDA和時(shí)鐘引腳SCL外接上拉電阻與單片機(jī)I／O口相連，通過(guò)I2C總線寫(xiě)入控制字，控制其進(jìn)行溫度測(cè)量。
2．3 濕度測(cè)量模塊
濕度傳感器主要分為電容式和電阻式兩大類，目前應(yīng)用比較廣泛的是HS1101電容式濕度傳感器，它的穩(wěn)定性好、精度高、外帶防護(hù)罩、抗靜電、防灰塵、并可抵抗氯氣、氨水等，可測(cè)量的濕度范圍為1％～100％ RH，精度可達(dá)±2％RH，符合普通氣象測(cè)量的要求。當(dāng)相對(duì)濕度變化時(shí)HS1101的相對(duì)電容改變，相對(duì)電容大小的改變會(huì)導(dǎo)致充放電時(shí)間的變化，測(cè)量時(shí)僅需要根據(jù)充放電頻率即可計(jì)算出相對(duì)濕度。

濕度測(cè)量電路如圖3所示，相對(duì)濕度測(cè)量通過(guò)555多諧振蕩電路實(shí)現(xiàn)，HS1101作為電容變量接在TLC555芯片的2腳和5腳之間，管腳7用作電阻R5的短路，等量電容HS1101通過(guò)R3，R4充電到門(mén)限電壓(約0．67 V)，通過(guò)R4放電到觸發(fā)電平，然后R4通過(guò)7短路到地，傳感器由不同的電阻R5，R4充放電，形成充放電循環(huán)，形成方波。由單片機(jī)測(cè)得方波頻率，根據(jù)HS1101的換算關(guān)系，轉(zhuǎn)換成濕度置。