基于avr单片机的自动气象信息采集系统本科学位论文.doc

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1、基于AVR单片机的智能气象信息采集系统摘要：本文从气象数据采集的实际出发，对气象数据的采集、传输以及处理过程进行了研究。提出并设计了一种基于单片机的智能气象数据采集系统，完成了系统的硬件和软件设计。分别介绍了各个模块的电路图，并给出了系统的硬件原理图和软件设计方案。该系统以ATMEL公司推出的AVR单片机为核心，构建了针对温、压、湿等基本气象要素的采集系统。系统采用无线方式将采集到的气象数据传输至上位机，以供显示、分析和储存。数据采集端由光伏电源供电，满足了长期观测的需要。关键字：温湿度测量AVR单片机nRF401RS232-RS485串行通信光伏电

2、源一引言:随着我国经济社会的发展，工农业生产对气象信息的需求日益加大。农业农情灌溉气象环境指标监测、森林火险气象指标监测、各种突发性灾害性天气的快速响应和现场监控均需要对气象信息进行实时采集和分析。本系统采用DS18B20、HS1101等高精度传感器，低功耗高性能的ATmega16单片机,数字无线收发芯片NRF401；数据采集端配备光伏电源系统，通过数据采集、传送与处理从而实现全天候检测周遭环境的温度、湿度、气压等气象要素；工作方式灵活，可现场通过1602液晶显示器显示测得数据，也可采用无线通信的方式将数据传送至计算机。二系统设计系统设计包括数据采集

3、端，数据传输，数据处理，光伏电源四个部分。系统工作原理概述：上位机定时发出检测指令，下位机通过无线数传模块接收到检测指令后，开始检测气象数据；检测结束后立即再通过无线数传模块把数据发往上位机，然后上位机软件以图形化的界面显示、分析并储存气象数据。现场显示气象数据时无线数传模块被关闭，下位机即数据采集端独立运行，不依赖于上位机发出的检测指令，依次显示采集到的气象数据。系统框图：1602液晶显示AVR单片机温度传感器天线湿度传感器气压传感器nRF401单片射频收发器PTR2000控制信号供电充放电太阳能电池充放电控制器蓄电池图2.1下位机数据采集原理框图

4、天线PC机软件nRF401单片射频收发器PTR2000Max232电平转换图2.2上位机数据接收原理框图2.1数据采集数据采集模块负责完成对气象信息的采集和转换。以ATMEL公司的AVR单片机ATmega16为核心。ATMEL公司的AVR单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程再编程,使用的产品设计容易,更新换代方便AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力AVR单片机工作电压为2.76.0V,可以实现耗电最优

5、化AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。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1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最

6、高至10倍的数据吞吐率。ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停

7、止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；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；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以A

8、tmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISPFlash允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器