基于PTR2000的無線氣象信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.6.1 系統(tǒng)功耗測(cè)算

　　系統(tǒng)工作在現(xiàn)場(chǎng)模式時(shí)，PTR2000模塊不工作，LCD處于工作狀態(tài)，背光打開，系統(tǒng)工作電壓為4.98V，電流為164mA，LCD處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電流為18mA。系統(tǒng)工作在無線模式時(shí)，PTR2000模塊工作，LCD關(guān)閉。PTR2000模塊的工作電壓為2.7V～5.25V，發(fā)射時(shí)工作電流為20mA～30mA，接收時(shí)工作電流為10mA[8]。PTR2000主要工作在發(fā)射狀態(tài)，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(tǒng)長(zhǎng)期工作在無線模式，為節(jié)約能源，LCD處于關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)以上分析，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總系統(tǒng)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(jù)系統(tǒng)的工作情況、太陽(yáng)能供電子系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用電壓為12V的鉛酸蓄電池。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)全天候工作，考慮天氣因素影響，最長(zhǎng)陰雨天數(shù)設(shè)為5天，蓄電池能為采集系統(tǒng)提供5天的電量，電池的放電深度取75%。根據(jù)系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)的工作狀況，蓄電池的容量計(jì)算如式(3)所示。

　　Q=A*I*D*W*Tp/dd (3)

　　式中：A為安全系數(shù)，取1.1～1.4之間，取1.1;I=50mA為系統(tǒng)工作電流;D=24h為全天工作方式;W為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)，取W=5天;Tp為溫度修正系數(shù)，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(jù)式(3)，計(jì)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(yáng)能電池板選用^[9]

　　蓄電池電壓為12V，鉛酸蓄電池充電終了時(shí)的標(biāo)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(yīng)選用18V的太陽(yáng)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(jù)以上分析，太陽(yáng)能電池板的功率為18W(18V×1A)。實(shí)際選用的是單晶硅太陽(yáng)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(yáng)能電池充電控制

　　充電控制電路控制蓄電池充電，同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充。SUN_V與ATmega16的內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0相連，檢測(cè)光電池的電壓，BAT_V與ADC1相連，檢測(cè)蓄電池的電壓，判斷蓄電池是否已經(jīng)達(dá)到過充點(diǎn)或過放點(diǎn)。SUN_CTR和BAT_CTR與ATmega16的I/O口相連，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)出充電、停充指令。當(dāng)蓄電池電壓高于16.2V，停止充電;當(dāng)太陽(yáng)能電池板電壓低于蓄電池電壓時(shí)，停止充電;蓄電池電壓低于16.2V，并且太陽(yáng)能電池電壓高于蓄電池電壓1.3V時(shí)，進(jìn)行充電。

　　蓄電池的輸出電壓經(jīng)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)了溫度、濕度和氣壓測(cè)量程序，無線數(shù)據(jù)傳輸程序、太陽(yáng)能充放電控制程序。

3.1 溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)

　　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(hào)列號(hào)的操作

　　WriteOneChar(0x44) ; // 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換

　　Init_DS18B20() ;

　　WriteOneChar(0xCC) ; //跳過讀序號(hào)列號(hào)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(jù)DSl8B20的1-WIRE協(xié)議，控制器先向DQ發(fā)出低電平復(fù)位脈沖，寬度在480μs~ 960μs之間，然后恢復(fù)DQ的高電平，在200μs之內(nèi)，等待由DSl8B20發(fā)出的應(yīng)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(shí)1μs以上，隨后寫入數(shù)據(jù)位，延時(shí)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(shí)1μs以上，隨后從DQ上讀入數(shù)據(jù)位，延時(shí)60μs，再置DQ為1，完成一位數(shù)據(jù)的讀取，各位逐位讀出。

　　采集溫度時(shí)，先進(jìn)行DSl8B20復(fù)位，然后向DSl8B20寫入跳出ROM命令CCH和溫度轉(zhuǎn)換命令44H，經(jīng)延時(shí)750μs等待DSl8B20充分完成溫度轉(zhuǎn)換。再進(jìn)行一次復(fù)位后，通過發(fā)送溫度讀取命令BEH，即可調(diào)用數(shù)據(jù)讀取子程序得到轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)據(jù)。

　　溫度計(jì)算時(shí)，讀取的溫度值高八位如果大于0×07則溫度值為負(fù)，應(yīng)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。