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2.6.1 系统功耗测算

　　系统工作在现场模式时，PTR2000模块不工作，LCD处于工作状态，背光打开，系统工作电压为4.98V，电流为164mA，LCD处于关闭状态时，电流为18mA。系统工作在无线模式时，PTR2000模块工作，LCD关闭。PTR2000模块的工作电压为2.7V～5.25V，发射时工作电流为20mA～30mA，接收时工作电流为10mA[8]。PTR2000主要工作在发射状态，工作电压约为5V，工作电流取30mA，因此，PTR2000消耗的功率约为0.15W。系统长期工作在无线模式，为节约能源，LCD处于关闭状态。根据以上分析，数据采集系统的总系统工作电流约为48mA，按I=50mA，功率为0.25W。

2.6.2 蓄电池选用

　　根据系统的工作情况、太阳能供电子系统的特点，选用电压为12V的铅酸蓄电池。数据采集系统全天候工作，考虑天气因素影响，最长阴雨天数设为5天，蓄电池能为采集系统提供5天的电量，电池的放电深度取75%。根据系统功耗和系统的工作状况，蓄电池的容量计算如式(3)所示。

　　Q=A*I*D*W*Tp/dd (3)

　　式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间，取1.1;I=50mA为系统工作电流;D=24h为全天工作方式;W为最长连续阴雨天数，取W=5天;Tp为温度修正系数，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为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75。根据式(3)，计算容量为9680mAh，选择容量为10Ah的蓄电池，电池尺寸为151×98×95。

2.6.3 太阳能电池板选用^[9]

　　蓄电池电压为12V，铅酸蓄电池充电终了时的标志一般是单体电压为2.7 V，蓄电池的最大充电电压为16.2V(2.7V×6)，考虑充电控制电路线路压降，应选用18V的太阳能电池板。蓄电池的容量为10Ah，充电电流一般选用1A(10×0.1)。根据以上分析，太阳能电池板的功率为18W(18V×1A)。实际选用的是单晶硅太阳能电池板，功率为20W，峰值电压为17.2V，峰值电流为1.16A，电池板尺寸为485*350。

　　2.6.4 太阳能电池充电控制

　　充电控制电路控制蓄电池充电，同时保护蓄电池，避免过充。SUN_V与ATmega16的内置模数转换器ADC0相连，检测光电池的电压，BAT_V与ADC1相连，检测蓄电池的电压，判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点。SUN_CTR和BAT_CTR与ATmega16的I/O口相连，根据检测结果发出充电、停充指令。当蓄电池电压高于16.2V，停止充电;当太阳能电池板电压低于蓄电池电压时，停止充电;蓄电池电压低于16.2V，并且太阳能电池电压高于蓄电池电压1.3V时，进行充电。

　　蓄电池的输出电压经过DC-DC变换为5V后为信息采集端电路供电。

3 信息采集系统软件设计

　　采用C语言设计了温度、湿度和气压测量程序，无线数据传输程序、太阳能充放电控制程序。

3.1 温度测量程序设计

　　Read_Temperature(void) 是DSl8B20温度采集程序，程序清单如下：

　　Read_Temperature(void)

　　{

　　Init_DS18B20() ;//DS18B20初始化

　　WriteOneChar(0xCC) ; // 跳过读序号列号的操作

　　WriteOneChar(0x44) ; // 启动温度转换

　　Init_DS18B20() ;

　　WriteOneChar(0xCC) ; //跳过读序号列号的操作

　　WriteOneChar(0xBE) ; //读取温度寄存器

　　tel = ReadOneChar() ; //温度低8位

　　teh = ReadOneChar() ; //温度高8位

　　}

　　Init_DS18B20()是DSl8B20初始化程序，根据DSl8B20的1-WIRE协议，控制器先向DQ发出低电平复位脉冲，宽度在480μs~ 960μs之间，然后恢复DQ的高电平，在200μs之内，等待由DSl8B20发出的应答脉冲。如果DQ被下拉为低电平，则DSl8B20初始化成功。

　　WriteOneChar()是DSl8B20写入程序，控制器先下拉DQ为0，延时1μs以上，随后写入数据位，延时60μs，再置DQ为1，各位逐位写入。

　　ReadOneChar()是DSl8B20读出程序，控制器先下拉DQ为0，延时1μs以上，随后从DQ上读入数据位，延时60μs，再置DQ为1，完成一位数据的读取，各位逐位读出。

　　采集温度时，先进行DSl8B20复位，然后向DSl8B20写入跳出ROM命令CCH和温度转换命令44H，经延时750μs等待DSl8B20充分完成温度转换。再进行一次复位后，通过发送温度读取命令BEH，即可调用数据读取子程序得到转换的温度数据。

　　温度计算时，读取的温度值高八位如果大于0×07则温度值为负，应取反加一后乘以0.625，温度值高八位如果小于0×07则温度值为正，直接乘以0.625即可。

关键词： PTR2000 气象信息采集 数据采集 ATmega16 串行通信 太阳能电源 201509