基于ARDUINO的智能气象站
摘要:基于ARDUINO的智能气象站可用于室内外的环境检测，以Arduino为硬件平台并基于 Atmega32U4 的控制板，采用arduino软件编程。该智能气象站主要由：信息采集模块 ，显示模块，时钟模块，电源模块，控制与数据分析等模块组成。通过温湿度传感器，大气压力传感器，触摸传感器完成对各点的检测，并将数据发送给主控器（Arduino单片机）进行处理。将分析好的数据在1602显示屏上显示出来，利用3.7V的锂电池包进行供电，并搭配一块太阳能电池板对系统进行辅助供电。
关键词：基于 Atmega32U4 的控制板；温湿度传感器；大气压力传感器；触摸传感器；太阳能电池板；锂电池包。
Intelligent weather station based on ARDUINO
Abstract:In this paper. The intelligent weather station based on ARDUINO can be used for indoor and outdoor air detection. ARDUINO is the hardware platform and based on the control board of Atmega32U4, and arduino-1.8.3 software programming is adopted. The intelligent weather station mainly consists of: information acquisition module, display module, clock module, power module, control and data analysis module. Through the temperature and humidity sensor, the atmospheric pressure sensor, the touch sensor completes the detection of each point, and sends the data to the main controller (Arduino microcontroller) for processing. The analyzed data were shown on the 1602 display screen, powered by a 3.7v lithium battery pack and equipped with a solar panel to power the system.
Keywords: Atmega32U4 control panel;Temperature and humidity sensor; Atmospheric pressure sensors; Touch sensors; Solar panels; Lithium battery pack.
目录
第一章 绪论 4
1.1 课题研究背景 4
1.2 课题研究的目的及意义 5
1.3 国内外研究现状 5
1.4 课题研究的内容 5
第二章 分析系统 5
2.1 需求分析 5
2.2 可行性分析 6
2.3 系统整体框图 6
第三章 系统的硬件设计与实现 7
3.1 Arduino 主控板 8
3.2 温湿度传感器DHT22 10
3.3 BMP085大气压力传感器 11
3.4 触摸传感器 12
3.5 LCD1602 液晶显示 13
3.6 时钟模块DS323 15
3.7 太阳能板 16
第四章 系统的软件设计与实现 16
4.1 Arduino IED开发环境的介绍 16
4.2 DS323时钟模块、BMP085大气压力传感器中IIC总线的使用 18
4.3 LCD1602液晶显示 20
4.4 温湿度传感器DHT22 21
4.5 BMP085大气压力传感器 22
4.6 DS323时钟模块 22
第五章 软硬件调试 23
5.1 硬件问题与解决 23
5.2 软件问题与解决 23
第六章 总结与致谢 24
6.1 总结 24
6.2 致谢 25
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
智能气象站主要是根据特定的要求，对于所研究的多种天气情况要素来进行的信息采集、数据处理、内容存储和数据的天气检测的一种配置，可以十分清楚的削减观测职员对地面的检测数目，从而进一步提高观测的功效和质量。这几个国家可以说是最早研发并使用智能气象站的一些国家。
在全球上受自然灾难最严峻的国之中，我国也是在其中其中，气候灾难给我们的生活造成的影响越来越大，在不断的危及我们的生活所以说，我们便把气象观察放在了首要位置，也是要首先解决的问题，这一点是尤为重要的。研究智能气象站对我们的生活有很大的帮助，例如：智能气象站能够实时性、精确、真实的反应一整天中的气候数据。在本课题中主要采用温湿度传感器、大气压力传感器，用来实现温湿度、大气压力等信息的采集。并将相关信号传送到单片机中进行数据的处置，然后再在LCD1602液晶屏上经Arduino处理后显示，提供可靠的气象数据，辅助人们合理的采取各种方式来面对各种各样的较差的天气环境。
有很长一段时间，因气象站的监测通常都是使用人工检测的方式来检测各点的信息情况，这种传统的人工检测的方法也是比较耗费精力和体力的，并且检测结果的准确性也并不是很高，抗干扰能力也不是很高，不能达到我们所理想的效果。特别是在当今的生活环境中的温室大棚中，日常环境中温湿度的各种变化对农作物的有利生长造成极大影响。若白天与夜间温度相差过大，就会产生一些不利影响在农作物的生长过程中。依据温室大棚中农作物的生长研究来表明，提高温室大棚中的管理水平与农作物生产的一些相关因素，可以提升其生产水平与质量，在这一期间，对农作物的温度、湿度、大气压力的变化是相关重要的因素。研究表明：若想提高农作物的产量就必须对其温度、湿度、大气压力的变化进行必要的检测与控制。使其产生的结果保持在有利于农作物生产的范围内，只有用此种方法来提高温室大棚中农作物的质量与产量。
1999年7月，有五套自动气象站从芬兰的一家公司引进过来，并开展投资业务。这一用途表明中国地面天气观测已进入新阶段。至今，智能遥测气象站在已经广泛被使用起来在我国内，从使用的过程中来看，已经实现了智能气象站与传统的人工气象站之间的联合观测。
1.2 课题研究的目的及意义
在工业生产中对于温湿度和大气压力的采集与控制是一项非常重要的指标。不管是在日常生活中还是在农业的温室大棚中，还是工业生产对农作物的研究中。对与农业生产中，农作物的温湿度检测与大气压力的检测与控制都将与人们的生活息息相关。确保检测结果有较高的精度，越来越多的精密仪器的使用要在特定的环境下进行，对环境中的一些指标要求及其高。因此为了生产出的产品更加试用于生产需求，必须严格控制环境中温湿度和大气压力的监测指标。
1.3 国内外研究现状
我国的智能气象站的研究主要在于传统的温度、压力、湿度、风速和降水等六要素的研究，且具有局限性，只能研究在这六要素中存在的问题
在国外对于智能气象站的研究在于各类传感器与气象站突出特点的分析，并且可以应用于各类复杂恶劣的外界环境。所研究的对象是多样性的，不受其他条件的约束。
1.4 课题研究的内容
第一章：绪论 主要介绍本课题的背景、意义和在国内外所处的一些现状
第二章:课程设计的分析 系统方案可行性、方案之间的对比，方案是否可行
第三章:课程中硬件部分的设计与实现，各个模块、传感器之间的简介
第四章:本次设计中软件的设计与实现，各模块的功能与所用到的些函数
第五章:软硬件中所遇到的问题与解决方法，对整个系统的联调
第六章:总结与致谢
第二章 分析系统
2.1 需求分析
本设计研究的是智能气象站，根据要求可知研究气象站的过程中主要实现以下功能：温湿度和大气压力的监测，LCD的显示，时钟模块的实时控制，触摸传感器相当于一个感应控制开关，当感应到信号时便打开。与此同时，本系统主要控制部分是Arduino对所采集到信息的处理，通过主控机进行处理后，经液晶显示出来。
2.2 可行性分析
基于上述对系统的需求分析，主控板采用Arduino单片机，与其他型号的单片机相比其具有很多优点，比如说：跨越平台、编程环境简单、元件能够扩展并且是开源的、硬件也是来源的、都较高的性价比，与其他平台相比。Arduino的源代码在开发环境IDE中也是可以免费下载的，不收取任何费用，因为这本来就是它所具有的优点之一。 温湿度传感器DHT22是一款已经含有校准数字信号输出的传感器，该模块抗干扰性强、响应速度超快、体积较小、性价比也是比较高的，大气压力传感器BMP085分别完成对环境中温湿度的采集与监测，BMP085采用的是强大的8引脚的超薄无引线封装，操作起来简单便捷，触摸传感器相当于一个控制开关，当检测到信息时，便进行系统的采集，经单片机处理后，考虑到显示结果的简单单一性，显示模块的成本问题，最终选择LCD1602液晶显示屏显示结果，不仅可以显示图形而且也可以显示出不同的字母、数字、符号。在LCD1602液晶屏上将结果显示出来。
依据本课题所研究的目标，和对本课程策划的构架，本次课程设计是可以完成的。
参考文献
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