基于單片機的氣象監(jiān)測儀的設計畢業(yè)設計

1、1、目的及意義（含國內外的研究現狀分析） 近年來全球氣候變暖，干旱、洪災、高溫天氣、低溫冰凍等極端天氣頻發(fā)，影響日趨廣泛，為了遏制大氣環(huán)境的進一步惡化和做好公共氣象服務，首先要對大氣中各種氣象要素進行連續(xù)監(jiān)測，獲得基本的氣象資料，再開展天氣預報、氣象信息、氣候變化評估、氣象科學研究和氣象服務等研究工作，提高防災減災能力，做好應對氣候變化的工作，是氣象工作者的重要責任。做好這些工作，核心是提高預報預測準確率，根本是增強防御和減輕氣象災害的服務能力，而地面氣象監(jiān)測儀提供的準確、可靠的觀測數據，是提高預報預測準確率和服務能力的重要保證。 隨著科學技術的不斷發(fā)展，我國的氣象監(jiān)測儀已具有一定的研究、開發(fā)

2、和生產能力。本次設計針對上述的要求和現有的技術基礎，采用當今成熟的微電子技術、穩(wěn)定的、先進的電子測量，數據傳輸和控制系統(tǒng)技術，設計開發(fā)一套地面氣象監(jiān)測儀。目前國內開展的地面氣象監(jiān)測要素包括:云、能見度、天氣現象、氣壓、空氣溫度空、氣濕度、風速、風向、降水、雪深、雪壓、蒸發(fā)、輻射、日照、地溫、凍土、電線積水和地面狀態(tài)。能方便實現儀器自動監(jiān)測的氣象要素主要有能見度、氣壓、空氣溫度、空氣濕度、風向、風速、降水、蒸發(fā)、輻射、日照和地溫，其他的氣象要素監(jiān)測只能通過工人觀測實現。本次設計僅對能實現地面自動氣象監(jiān)測的儀器進行研究。我國地面氣象監(jiān)測儀主要有常規(guī)地面人工監(jiān)測儀器和地面自動氣象站兩大類。在功能齊全

3、和性能穩(wěn)定方面，與國際上的同類產品基本一致，都能滿足氣象要素監(jiān)測的需求，國內研發(fā)出的儀器具有明顯價格優(yōu)勢，技術支持和售后服務良好，維護成本低。氣象儀器的趨勢都是數字化、智能化、集成化發(fā)展。 國外一些發(fā)達國家在氣象監(jiān)測方面使用的地面氣象儀器水平也存在一些差異，其中美國、德國和芬蘭的產品在性能技術上代表當今世界的現今水平。近年來，歐美等發(fā)達國家已經相繼研發(fā)出集成度較高智能型的地面氣象監(jiān)測儀，并進入我國地面氣象觀測領域。因為其價格昂貴，技術支持和售后服務得不到保證，維護成本高，所以目前在國內還沒有廣泛應用。 與國產自動氣象站相比，國外的自動氣象站和氣象傳感器具有如下特點：(1)氣象傳感器技術先進，產

4、品精確度和穩(wěn)定性優(yōu)越，除基本的傳感器外，土壤和水的溫度、太陽輻射、能見度、云等要素的傳感器已經有成熟的產品出現。(2)自動氣象站可以根據用戶的不同需求增減傳感器的種類和數量，實際操作簡便。采用通用的數據傳輸格式，用戶能自由配置數據的輸出格式。基本滿足世界各國各種業(yè)務應用的需要。(3)自動氣象站采用良好的防護措施，能夠適用于各種復雜環(huán)境。(4)盡管國外自動氣象站和傳感器性能優(yōu)越，但是通過進口自動氣象站在中國長期運行的情況來看，其硬件和軟件的使用不盡如人意。這是因為國外自動氣象站的結構、傳感器和軟件等都是針對當地的具體情況設計的，并不完全符合我國的實際情況。 在地面氣象監(jiān)測儀方面，正向高集成的綜合

5、地面觀測方向發(fā)展，受困于技術原因，地面所有觀測氣象要素還不能全部實現自動觀測。目前國外一些發(fā)達國家已研發(fā)出技術先進集成度較高的產品，但不適合我國國情，主要表現在價格昂貴，技術支持和售后服務得不到保證，維護成本高。針對這種情況，通過學習國外先進技術，研發(fā)既適合我國國情又盡可能與國際接軌的監(jiān)測儀器，滿足我國地面氣象觀測的要求。 地面氣象監(jiān)測儀的發(fā)展應具有以下特點：高新技術的應用，產品同樣系列化，適應性強，性能價格比高。這也是我所設計地面氣象監(jiān)測儀所依托的參考條件和要求。2、基本內容和技術方案 地面氣象監(jiān)測儀，要求能監(jiān)測風向、風速、雨量、溫度、濕度和氣壓等數據，監(jiān)測儀包括傳感器輸入輸出、總線接口電路

6、、單片機（即80C320微處理器）、電源電路、實時時鐘電路、存儲數據芯片和無線傳送電路組成，其硬件系統(tǒng)結構示意圖如圖1-1所示： 圖1-1 硬件系統(tǒng)結構示意圖該氣象監(jiān)測儀主要采用單片機控制技術，80C320作為整個系統(tǒng)的主處理器，通過接口電路，從不同的氣象傳感器獲取不同的氣象要素，從時鐘芯片讀取時間數據，按照氣象規(guī)范要求進行運算處理，將實時資料經驅動后由LCD顯示器顯示出來，方便現場閱讀；同時將氣象資料存放在本地數據存儲器RAM中，另外氣象資料按照氣象編碼要求進行編碼后，通過無線通信模塊GPRS DTU傳回氣象信息中心服務器。地面氣象監(jiān)測儀主要包括傳感器，數據采集、傳輸、處理等部分，其中最能決

7、定自動氣象監(jiān)測儀性能的是氣象要素傳感器。隨著對氣候變化研究的深入，這對各種傳感器的精度和長期運行穩(wěn)定性突出了更高的要求，這里簡要的介紹下示意圖中的傳感器的作用。傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、風速風向傳感器、雨量傳感器器以及氣壓傳感器。溫度傳感器可以測量溫度，濕度傳感器可以用來測量濕度；風速風向傳感器也是可以用來一起測量風速風向的；雨量計用來測量降雨量；大氣壓力傳感器用來測量大氣壓。3、進度安排1 3 周： 調研、查閱資料、結合畢業(yè)設計任務書，確定總體方案，完成開題報告；4 6 周： 熟悉單片機，根據氣象儀器探測氣象要素的需求，了解風向、風速、雨量、溫度、濕度和氣壓傳感器及其工作原理；翻譯英

8、文資料；7 13周：設計氣象監(jiān)測儀的原理圖，繪制印制電路板圖，并進行軟件設計；1415周：撰寫論文；16周： 答辯。4、指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 檢查并完成各種預設的計劃任務計算1分鐘氣壓值、海平面氣壓值，計算本小時氣壓最大值，最小值 存貯當前所有氣象數據 記錄1分鐘雨量值，計算本小時雨量值和日雨量值 返回 計算1分鐘濕度值，計算本小時的最大值和最小值 計算1分鐘的溫度值，計算小時和日最低值，最高值計算1,2和10分鐘的風向風速平均值，計算小時和日最大值 開始 開始異常處理模塊，標志出錯格雷碼位風向傳感器正常？風速傳感器正常？異常處理模塊，標志干簧管通斷異常雨量傳感器正常？異常處理模塊，標志鉑電阻異常溫度傳感器正常？異常處理模塊，標志濕敏電