基于單片機(jī)的氣象觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第24頁(yè)共30頁(yè)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙摘要近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使得氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)將向自動(dòng)化、多功能化發(fā)展，為人們提供準(zhǔn)確率更高的氣象數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)需要使用專業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀器，這會(huì)帶來(lái)了成本高昂、效率低下的問(wèn)題，但是如果采用單片機(jī)控制技術(shù)，將多個(gè)傳感器整合起來(lái)進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，那么這些問(wèn)題就可以迎刃而解。本次課題主要是針對(duì)氣象環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)采集研究而研發(fā)的，做出的成果一款自動(dòng)化的實(shí)時(shí)觀測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該套系統(tǒng)將以高性能單片機(jī)軟件為研究基礎(chǔ)，結(jié)合各類智能傳感器，對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量、溫度、濕度等多種氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中廣泛使用了各種包括風(fēng)向、風(fēng)速傳感器、氣壓傳感器以及溫濕度傳感器等硬件模塊。這些傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)總線、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)聯(lián)合，搭建了氣象數(shù)據(jù)采集的基本架構(gòu)。在軟件方面，以單片機(jī)為主控核心，硬件把該軟件程序從外界采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)串行通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)顯示到OLED顯示模塊上，再通過(guò)串口通訊將數(shù)據(jù)同步于客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。本設(shè)計(jì)的最終效果是在手機(jī)端接收到實(shí)時(shí)的氣象數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)具有方便，快捷，人工成本低，效率高的特點(diǎn)。生活中的很多事物都和氣象數(shù)據(jù)息息相關(guān)，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)對(duì)于掌握氣象數(shù)據(jù)的變化具有一定的意義。關(guān)鍵詞：氣象監(jiān)測(cè)；無(wú)線傳輸；OLED顯示；STC89C52

1緒論1.1探索歷程及價(jià)值從先人發(fā)明鉆木取火從此不用再食用生食開(kāi)始，我國(guó)的人類文明逐漸發(fā)展。從上個(gè)世紀(jì)初開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的智能化技術(shù)開(kāi)始茁壯成長(zhǎng)，成長(zhǎng)到現(xiàn)在這個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的時(shí)代，已經(jīng)在世界上站穩(wěn)腳跟。與此同時(shí)，以單片機(jī)作為核心結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)了許多實(shí)用的東西。在很多主控核心芯片中，結(jié)合STC89C52單片機(jī)的自身優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很多有利于社會(huì)生產(chǎn)的產(chǎn)品。之所以有大量的技術(shù)人員對(duì)單片機(jī)進(jìn)行深入研究是因?yàn)閱纹瑱C(jī)自身的各種優(yōu)勢(shì)，其宗旨是設(shè)計(jì)出有利于人民生活逐步智能化的高科技發(fā)明。該設(shè)計(jì)是以52單片機(jī)為主控芯片結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的氣象觀測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)槿祟愇拿鞯倪M(jìn)步、NET技術(shù)的推廣，生活中的智能產(chǎn)品也越來(lái)越普遍。發(fā)展至今，人工智能化產(chǎn)品慢慢出現(xiàn)在大眾視野。伴隨而來(lái)的逐年遞增的需求量使市場(chǎng)上供不應(yīng)求。在人工智能的萌芽階段，沒(méi)有可供參考的前人經(jīng)驗(yàn)，這就給開(kāi)發(fā)人員造成很大的阻礙，每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)和使用需要在研發(fā)階段就要理清所有的設(shè)計(jì)思路，更重要的是為安全性方面考慮。每個(gè)傳感檢測(cè)單元在采集環(huán)境數(shù)據(jù)之后，再根據(jù)具體的數(shù)據(jù)要求進(jìn)行整理。以降低成本、提高效率、數(shù)據(jù)穩(wěn)定的系統(tǒng)受到越來(lái)越的企業(yè)歡迎，從而從事研發(fā)智能化產(chǎn)品的人員越來(lái)越多，使得智能設(shè)施在市場(chǎng)上大規(guī)?；a(chǎn)，逐步引領(lǐng)了社會(huì)前進(jìn)發(fā)展的潮流。根據(jù)市場(chǎng)研究發(fā)現(xiàn)。以主控芯片為核心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，借助各種傳感器將數(shù)據(jù)采集，以自動(dòng)化的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可有效的其效率和可靠性、那么人工智能的進(jìn)步就使得社會(huì)經(jīng)濟(jì)更快的發(fā)展。自動(dòng)化、智能化一直是人類文明進(jìn)步的重要推力。從提出理想方案到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)并持續(xù)改進(jìn)后，仍然存在著一些難以解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一代又一代人的研究總結(jié)結(jié)合歷代經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了幾個(gè)限制其發(fā)展的原因：（1）相對(duì)于其他智能科技產(chǎn)品的出現(xiàn)比較遲，沒(méi)有得到國(guó)家的關(guān)注和支持，故此在發(fā)展道路上沒(méi)有明確的硬性要求。（2）加入這個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)主要重看中其的發(fā)展前景和性能，研發(fā)出可靠性較為偽劣的產(chǎn)品，所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品與最初的宗旨不相符。（3）制造成本太高，在消費(fèi)者中不受歡迎，還有新上市的產(chǎn)物，功能上存在一定的異同，激勵(lì)研發(fā)者繼續(xù)向前進(jìn)步。（4）所收集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)上的傳送被限制，為調(diào)試增加了困難。根據(jù)上述問(wèn)題，想要研發(fā)一款功能齊全的氣象采集系統(tǒng)，必須克服造價(jià)上的問(wèn)題，以及消除消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的不信任，解決調(diào)試上存在的困難。1.2研究的現(xiàn)狀智慧產(chǎn)品的發(fā)展，無(wú)論是在中國(guó)國(guó)內(nèi)還是在其他各個(gè)國(guó)家都屬于十分受關(guān)注的技術(shù)，由于智慧產(chǎn)品的發(fā)展，關(guān)系著一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)程度以及國(guó)民幸福度，因此，許多國(guó)家都將發(fā)展中心放在科技和創(chuàng)新上，不惜成本培養(yǎng)大量新型人才，致力于促進(jìn)智慧產(chǎn)品的研發(fā)。發(fā)展至今，智慧產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入繁榮時(shí)期，涉足人類社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。世界上第一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的出現(xiàn)，是在十九世紀(jì)初期，因其具備的優(yōu)秀潛質(zhì)備受關(guān)注，在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)控制技術(shù)始終在不斷的發(fā)展。在80年代初，單片機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)脫穎而出，這標(biāo)志著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展邁向了新階梯，開(kāi)始走向成熟化。物聯(lián)網(wǎng)研究工作者們也開(kāi)始專注于這項(xiàng)新興技術(shù)的研究，加快了單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的步伐，單片機(jī)技術(shù)開(kāi)始朝著各行各業(yè)進(jìn)軍，各項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)品相繼問(wèn)世。氣象數(shù)據(jù)采集裝置的研發(fā)，也始于這個(gè)階段，目的是為促進(jìn)對(duì)氣象數(shù)據(jù)管理的便利，加強(qiáng)氣象數(shù)據(jù)采集的智能化，減少人工操作成本。在國(guó)外氣象數(shù)據(jù)采集裝置的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，在不斷的分析，層層篩選并改進(jìn)后，將氣象數(shù)據(jù)采集裝置的使用區(qū)域和實(shí)際值劃分出來(lái)，并要求氣象數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)需要滿足公眾的可接受范圍，并承擔(dān)設(shè)計(jì)成本。本文對(duì)氣象數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)展現(xiàn)狀的分析，是在查閱的大量關(guān)于氣象數(shù)據(jù)采集裝置的研發(fā)技術(shù)及其功能相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，分析出的結(jié)論。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展初始階段，引來(lái)了互聯(lián)網(wǎng)巨頭的加盟，并促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)展，智能產(chǎn)品進(jìn)入大眾視野，收到大眾追捧，相關(guān)人員就開(kāi)始了氣象數(shù)據(jù)采集方面的研究，相關(guān)的企業(yè)也嗅到其中的商機(jī)，逐步引入相關(guān)產(chǎn)品的使用。2012年至2020年，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已十分成熟，并形成了關(guān)于氣象數(shù)據(jù)采集裝置研發(fā)的單一產(chǎn)鏈，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行單獨(dú)布局，開(kāi)發(fā)出了滿足氣象數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)系統(tǒng)，但至目前為止，氣象數(shù)據(jù)采集裝置的研發(fā)，依然有待創(chuàng)新，今后需要將其功能更加完善，以設(shè)計(jì)出滿足人們個(gè)性化需求的產(chǎn)品。1.3研究的主要方法本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的氣象觀測(cè)儀器，不過(guò)要想順利制造出這套氣象觀測(cè)儀器，學(xué)習(xí)一系列氣象數(shù)據(jù)的采集方法和掌握其基本工作原理是必不可少的。了解怎樣去完成整個(gè)設(shè)計(jì)的全過(guò)程也是必須要做的。因此需要查閱近幾年有相似研究的資料和學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)。需要在參考前人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上去完成這套氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所要求的任務(wù)要求。為了使這套氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圓滿完成，下列準(zhǔn)備工作是必須要完成的：進(jìn)行與本設(shè)計(jì)相關(guān)的研究報(bào)告的閱讀：去查找和氣象觀測(cè)控制系統(tǒng)有相似之處的研究報(bào)告或者是去參觀一些實(shí)物的操作。選擇制造氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的元器件：根據(jù)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求去選擇性價(jià)比更高，操作更簡(jiǎn)單又能滿足每一個(gè)設(shè)計(jì)要求的元器件進(jìn)行研發(fā)?？紤]各個(gè)模塊功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)：因?yàn)闅庀蟊O(jiān)測(cè)系統(tǒng)要檢測(cè)外界環(huán)境很多的氣象數(shù)據(jù)，所以在選擇相關(guān)的硬件模塊后需要進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證方法可以是編寫每個(gè)模塊的相應(yīng)程序進(jìn)行檢驗(yàn)，如果有什么不符合設(shè)計(jì)要求的地方以便及時(shí)改正。1.4論文工作安排第1章緒論：簡(jiǎn)述有關(guān)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展歷程和價(jià)值，還有關(guān)于氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的當(dāng)今發(fā)展?fàn)顟B(tài)，再加上分析此次系統(tǒng)研發(fā)需要進(jìn)行的探究工作和未來(lái)的研究方向。第2章整體方案設(shè)計(jì)：詳細(xì)介紹本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足消費(fèi)者的哪些要求。還有進(jìn)行方案的選擇，原則上是選擇性價(jià)比更高，滿足設(shè)計(jì)要求，操作也簡(jiǎn)單的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路以及整體設(shè)計(jì)方案。第3章硬件電路設(shè)計(jì)：闡述了氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所用到的硬件電路，包括其引腳功能，實(shí)現(xiàn)原理和功能等。解釋各個(gè)硬件模塊在這個(gè)氣象觀測(cè)系統(tǒng)里擔(dān)任什么角色，這些模塊的功能和注意事項(xiàng)有哪些，優(yōu)點(diǎn)又有哪些。第4章軟件設(shè)計(jì)：根據(jù)硬件模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行程序編寫，軟件與硬件結(jié)合以便整個(gè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。第5章調(diào)試與分析：硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完畢之后，需要對(duì)整個(gè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，讓整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，如果系統(tǒng)運(yùn)行故障的話記錄問(wèn)題進(jìn)行分析解決。第6章總結(jié)：為開(kāi)發(fā)出整個(gè)系統(tǒng)的工作，做出了總結(jié)和分析，以及以后的改進(jìn)方向和將前進(jìn)的方向。2整體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)該氣象觀測(cè)的系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)的功能有很多，比如：檢測(cè)主要數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、數(shù)據(jù)的傳輸以及智能控制等功能。除了這些需要實(shí)現(xiàn)的功能之外，還需要綜合考慮其他方面的有關(guān)性能，以確保系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)更新快：因?yàn)檫@是一套氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，氣象數(shù)據(jù)受外界環(huán)境的影響，而外界環(huán)境又變化多端，所以這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要數(shù)據(jù)采集更新迅速，如果反應(yīng)不及時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致最終接收的數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題。那么就代表這套系統(tǒng)是失敗的。而且數(shù)據(jù)更新快的話會(huì)給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)感。適應(yīng)能力強(qiáng)：氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)面對(duì)外界各種各樣的變化，所以就需要系統(tǒng)的適應(yīng)能力夠強(qiáng)，如果系統(tǒng)不能適應(yīng)惡劣天氣的變化。那么這次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有任何價(jià)值，因此在考慮成本的同時(shí)也不能忽略各個(gè)模塊的性能要求。性價(jià)比高：現(xiàn)在我國(guó)是一個(gè)制造大國(guó)，我國(guó)的人工智能技術(shù)也愈發(fā)成熟。所以很多投資人，企業(yè)對(duì)于公司在這一方面的發(fā)展也是越來(lái)越嚴(yán)格，如今這智能類開(kāi)發(fā)市場(chǎng)上的產(chǎn)品多得是數(shù)不勝數(shù)。這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要完成所有的設(shè)計(jì)要求，還要遵循性價(jià)比高，成本低，效率高的原則，去構(gòu)思一個(gè)最適合這個(gè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)方案。在構(gòu)思硬件電路和編寫軟件代碼的時(shí)候，要以硬件電路美觀，軟件設(shè)計(jì)方便，快速合適為基本要求。這樣就使這個(gè)氣象觀測(cè)系統(tǒng)在很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇一個(gè)方案的確定需要考慮各個(gè)方面。本次設(shè)計(jì)的氣象觀測(cè)系統(tǒng)有兩種核心控制電路：想法一是非智能控制電路，想法二是智能控制電路。方案一：非智能控制電路，如果氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用這種控制電路的話，需要選擇很多不同的元器件去合理組合，這樣的話就會(huì)給整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)造成很多麻煩，系統(tǒng)中的電壓和電流需要很多電容和電阻去分壓和分流才能是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的要求，但是還有可能會(huì)對(duì)整個(gè)電路造成影響，過(guò)程繁雜且沒(méi)有穩(wěn)定性，靈敏性太低且操作麻煩。方案二：智能控制電路。如果氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用智能控制電路的話，只需要選擇可以編寫代碼的核心控制芯片作為中心，這類芯片就相當(dāng)于電腦的中央處理器，芯片的內(nèi)部集成了和電腦內(nèi)核一樣的控制器等，可以操控系統(tǒng)中的硬件模塊有秩序的運(yùn)行。根據(jù)對(duì)電路設(shè)計(jì)的兩個(gè)方案的對(duì)比，為了避免繁雜眾多的操作步驟，使整套系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，因此選擇智能控制電路來(lái)作為系統(tǒng)的硬件電路。2.3元器件選擇2.3.1主控芯片選擇方案一：STC89C52單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)自身?yè)碛泄δ軗p耗、速率高、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，采用八位的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體控制器。內(nèi)有八千閃存，可以存儲(chǔ)大量程序，編寫程序的時(shí)候反應(yīng)迅速，可靠性強(qiáng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部有八千閃存，所以在嵌入式軟件中編程的時(shí)候出現(xiàn)的問(wèn)題可以很好的得到解決。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)速度更快，可靠性更強(qiáng)的性能和創(chuàng)造更高的價(jià)值。簡(jiǎn)約便利，更智能環(huán)保。此外STC89C52單片機(jī)還具在出現(xiàn)故障時(shí)，能夠起到功能保護(hù)的作用。實(shí)現(xiàn)了單片微型計(jì)算機(jī)的在突然斷電的情況下保護(hù)正在運(yùn)行的數(shù)據(jù)不會(huì)因斷電而丟失或損壞，確保設(shè)施的安全。方案二：采用意法半導(dǎo)體集團(tuán)開(kāi)發(fā)的芯片，該系列單片機(jī)為三十二位的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體控制器，具有強(qiáng)大的功能、低廉的原材料和功率損耗低的優(yōu)勢(shì)。半導(dǎo)體公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的內(nèi)核多種多樣，在使用單片機(jī)的過(guò)程中，采用的三十二位處理內(nèi)核正是由半導(dǎo)體公司生產(chǎn)開(kāi)發(fā)而來(lái)。在該內(nèi)部結(jié)構(gòu)執(zhí)行命令時(shí)，三十二位處理內(nèi)核的速度更快，此類單片機(jī)的性能高也正得益于此。根據(jù)對(duì)這兩個(gè)關(guān)于主控器件選擇的方案，以上兩類主控芯片都有很多優(yōu)勢(shì)，不過(guò)相比意法半導(dǎo)體集團(tuán)開(kāi)發(fā)的芯片，從其綜合性價(jià)值比來(lái)說(shuō)，52單片機(jī)已經(jīng)滿足系統(tǒng)需求，為了更方便簡(jiǎn)單而快捷有效的進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)和信號(hào)輸出，所以這套氣象觀測(cè)系統(tǒng)的主控芯片選擇STC89C52單片機(jī)。2.3.2顯示模塊選擇方案一:數(shù)碼顯示管，數(shù)碼顯示管以阿拉伯?dāng)?shù)字顯示形式的顯示器，功能比較簡(jiǎn)單，顯示較為直觀，更容易讓人讀懂，與此同時(shí)還要考慮到能否完成較大工作量及顯示的數(shù)據(jù)種類是否能達(dá)到要求，如果只需達(dá)到數(shù)據(jù)顯示要求以及工作量小的目標(biāo)，就可以選擇數(shù)碼顯示管作為顯示模塊，況且數(shù)碼顯示管的成本低和操作更容易上手。方案二：選擇OLED顯示屏[4],OLED顯示屏的屏幕更大，可以顯示更多的數(shù)據(jù)，而且操作還方便，能夠達(dá)到大量數(shù)據(jù)顯示和承受較大的工作量，且操作簡(jiǎn)單，只需將引腳對(duì)應(yīng)連接即可使用。根據(jù)對(duì)上面兩個(gè)顯示模塊的方案分析，兩種顯示模塊都各有優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)因?yàn)闅庀笥^測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)很多外界因素，如果選擇數(shù)碼顯示管的話會(huì)徒增很多工作量，所以根據(jù)實(shí)際情況顯示模塊就選擇OLED顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。2.3.3無(wú)線傳輸選擇方案一：無(wú)線傳輸系統(tǒng)模塊，Esp8266是一個(gè)串行口到無(wú)線通信模塊芯片，自帶內(nèi)部可擦可寫只讀存儲(chǔ)器[5]。用戶不需要輸入時(shí)鐘信號(hào)就可以輕松操作。Esp8266內(nèi)部還自帶有一個(gè)32位的中央處理器，且其功耗很?。阂部勺鳛镸AP服務(wù)數(shù)據(jù)單元和MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元聚合，保護(hù)間隔一般僅為0.4s，不但支持靜態(tài)時(shí)序分析/無(wú)線接入點(diǎn)/靜態(tài)時(shí)序分析+無(wú)線接入點(diǎn)的工作模式，而且還支持WIFI網(wǎng)絡(luò)安全存取或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的加密方式的安全模式，通過(guò)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)、安全合格標(biāo)志、技術(shù)法規(guī)符合性認(rèn)證、國(guó)際WI-FI聯(lián)盟組織和國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)認(rèn)證[6]。方案二：無(wú)線傳輸還可以是藍(lán)牙模塊[7]，OLED顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)可以經(jīng)過(guò)藍(lán)牙模塊連接向手機(jī)客戶端傳輸，藍(lán)牙模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)送和實(shí)時(shí)接收，手機(jī)客戶端打開(kāi)相應(yīng)的藍(lán)牙APP就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。綜上所述，無(wú)線傳輸模塊有無(wú)線傳輸和藍(lán)牙傳輸，雖然無(wú)線傳輸模塊和藍(lán)牙模塊一樣，但是在氣象觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求中，是使用藍(lán)牙模塊進(jìn)行傳輸，所以無(wú)線傳輸模塊選擇的是藍(lán)牙模塊。2.4總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為主控芯片來(lái)處理氣象數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)。主要是通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)到的模擬信號(hào)，然后通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將信號(hào)傳輸至藍(lán)牙應(yīng)用軟件，藍(lán)牙應(yīng)用軟件可以實(shí)時(shí)查看檢測(cè)到的數(shù)據(jù)報(bào)告；本系統(tǒng)組成的部分包括STC89C52主控芯片、顯示模塊及各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳感器和藍(lán)牙模塊等組成。氣壓傳感器檢測(cè)大氣壓強(qiáng)值的變化是否標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器則主要檢測(cè)風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)力等的一系列風(fēng)力運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)、雨滴傳感器則會(huì)負(fù)責(zé)檢測(cè)室外降水變化情況，并將其通過(guò)一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊來(lái)完成將這些被傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再發(fā)送至單片機(jī)[8]，單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的控制模塊負(fù)責(zé)處理系列采集設(shè)備獲取到的信號(hào)，并通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸設(shè)備將信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至手機(jī)客戶端上，實(shí)現(xiàn)用戶在手機(jī)藍(lán)牙應(yīng)用上實(shí)時(shí)查看外界環(huán)境數(shù)據(jù)；從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)的實(shí)時(shí)查看。系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)構(gòu)架圖2.5本章小結(jié)本章節(jié)對(duì)設(shè)計(jì)最終需要呈現(xiàn)的效果進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明，同時(shí)對(duì)硬件設(shè)計(jì)部分進(jìn)行分析，進(jìn)而選擇出符合本設(shè)計(jì)低成本、高性能的設(shè)計(jì)理念，且滿足各個(gè)模塊需要實(shí)現(xiàn)的功能要求的相關(guān)元器件。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)原則硬件電路的設(shè)計(jì)是本次研究重要的一部分。所以主要從以下幾個(gè)方面出發(fā)去考慮本次的硬件電路的實(shí)現(xiàn)。(1)在設(shè)計(jì)硬件電路之前，要考慮到電路的穩(wěn)定性和復(fù)雜性，結(jié)合設(shè)計(jì)要求及各個(gè)模塊的性能進(jìn)行期間的選擇，以達(dá)到高效、簡(jiǎn)潔、環(huán)保的目的。(2)硬件電路的設(shè)計(jì)需要多方面去考慮，要保證這套氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集設(shè)備檢測(cè)到的信號(hào)沒(méi)有問(wèn)題，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并且整套系統(tǒng)能夠承受惡劣環(huán)境的影響。了解檢測(cè)設(shè)備的基本性能，保證硬件電路的平穩(wěn)運(yùn)行。(3)考慮到設(shè)計(jì)的成本，應(yīng)遵循智能、節(jié)能、高效、環(huán)保的原則。3.2單片機(jī)電路從設(shè)計(jì)的可行性出發(fā)，硬件電路器件的選擇應(yīng)符合智能、節(jié)能、高效、環(huán)保的原則。通過(guò)選擇STC89C52主控芯片和相應(yīng)的外設(shè)電路組成本次設(shè)計(jì)的硬件電路，選擇主控芯片的主要目的是其具有很強(qiáng)的抗干擾能力、處理數(shù)據(jù)效率高、耗功率比較低。足以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。STC89C52的額定工作電壓為3.3V-5.5V，運(yùn)行時(shí)的頻率控制在0~40MHz，相當(dāng)于普通8051的頻率0-80MHz，片上可集成512字節(jié)RAM[9]。使用迅速且方便，單片機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行需要晶振電路作保障，頻率的穩(wěn)定可以抵消外部信號(hào)的干擾；因此常常需要參考頻率。以此保證電路的頻率準(zhǔn)確性。一般的晶振電路的頻率為12兆赫茲，選擇的電容會(huì)影響晶振頻率的穩(wěn)定。為了加快CPU的工作效率，往往在晶振電路上加上時(shí)鐘信號(hào)頻率。此外，為使振蕩器能夠可靠的工作，電容器和晶振電路與微控制器的距離要非常近。復(fù)位電路位于每臺(tái)單芯片計(jì)算機(jī)中，用于微控制器的初始化。最小系統(tǒng)示意圖如下圖所示：圖3-1最小系統(tǒng)電路原理圖3.3數(shù)據(jù)顯示模塊本系統(tǒng)顯示模塊主要用于對(duì)氣象信息的顯示，對(duì)此，根據(jù)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的要求選擇OLED液晶顯示屏[4],OLED液晶顯示屏的屏幕更大，可以顯示兩行多字節(jié)，所以就可以顯示更多的數(shù)據(jù)，而且操作還方便，不需要其他多個(gè)連接口，只需將引腳對(duì)應(yīng)連接即可，就能夠達(dá)到大量數(shù)據(jù)顯示和承受較大的工作量，且性價(jià)比高。電路原理圖如圖3-2所示：圖3-2數(shù)據(jù)顯示模塊原理圖3.4藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊本設(shè)計(jì)當(dāng)中利用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)線傳輸，該模塊不需要對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以利用藍(lán)牙模塊的AT指令進(jìn)行信號(hào)的模擬傳輸。并且該模塊功耗以及價(jià)格都比較低，多種模式的配置能夠方便后續(xù)的開(kāi)發(fā)。藍(lán)牙模塊的使用，可以讓目前市面上使用無(wú)線串口技術(shù)的電子設(shè)備，能夠擺脫線纜的約束，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)線串口通信[10]。使用這類模塊完全可以不用再知道那些繁雜難懂的藍(lán)牙底層協(xié)議，該模塊的4個(gè)AT指令分別代表了不同的操作命令。其原理圖如下圖所示：3-3藍(lán)牙模塊原理圖3.5數(shù)據(jù)采集模塊3.5.1風(fēng)向傳感器本次設(shè)計(jì)所選用到的風(fēng)向傳感器是PR-3000-FXJT風(fēng)向傳感器，外殼所用到主要材質(zhì)的是聚碳酸酯復(fù)合材料，這種材料再防塵隔熱和防風(fēng)、防暴曬等方面具有很好的效果以及耐扛沖擊，風(fēng)向傳感器的原理主要就是通過(guò)控制風(fēng)向箭頭軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)快速進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)外部風(fēng)向變化和可以自動(dòng)的感測(cè)接收到外部傳來(lái)的風(fēng)向信息，并可直接將風(fēng)向信息自動(dòng)傳輸?shù)酵S碼盤上，同時(shí)存儲(chǔ)可被輸出相應(yīng)的外部風(fēng)向信息相關(guān)值的一種物理裝置[11]。風(fēng)向傳感器可以測(cè)量室外環(huán)境中近地面的風(fēng)向[12]，通常與風(fēng)速傳感器配合使用。根據(jù)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，準(zhǔn)確輸出相應(yīng)方位的風(fēng)向信息，經(jīng)過(guò)電壓的信號(hào)傳輸正確的風(fēng)向，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換處理后向單片機(jī)輸出風(fēng)向信息,電路原理如圖3-4所示：圖3-4風(fēng)向傳感器原理圖3.5.2風(fēng)速傳感器 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要選擇了PR-3000-FSJT風(fēng)速變送器，風(fēng)速傳感器系統(tǒng)是指一種實(shí)時(shí)測(cè)量室外風(fēng)速信息的便攜式裝置，能夠更有效精準(zhǔn)地及時(shí)獲取風(fēng)速信息。外殼取材來(lái)自于聚碳酸酯等復(fù)合材料，有抗老化、防水、耐腐蝕等多種優(yōu)點(diǎn)；擁有便捷、安全性高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)的精密傳感儀器[13]。根據(jù)氣流方向產(chǎn)生脈沖的風(fēng)驅(qū)動(dòng)傳感器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，中心軸逆時(shí)針驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)內(nèi)部的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，在風(fēng)速的測(cè)量精度范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際風(fēng)速變化與傳感器脈沖頻率的線性關(guān)系可計(jì)算出風(fēng)速。其電路原理圖如下：圖3-5風(fēng)速傳感器原理圖3.5.3液位傳感器本次設(shè)計(jì)選擇采用液位傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)降雨量的水位情況，雨滴傳感器用于檢測(cè)是否在下雨，在液位檢測(cè)系統(tǒng)中，液位傳感器檢測(cè)降雨量水位的上升或下降[14]，然后通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換檢測(cè)到的液位情況。根據(jù)被轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，單片機(jī)就會(huì)將是否檢測(cè)到降雨量的多少顯示在液晶顯示器上。其電路原理圖如圖3-6：圖3-6液位傳感器原理圖3.5.4溫濕度傳感器本次設(shè)計(jì)選擇采用溫濕度傳感器的技術(shù)應(yīng)用來(lái)真正實(shí)現(xiàn)環(huán)境中的溫濕度檢測(cè)。采用的硬件芯片是DHT11數(shù)字溫濕度[15]，DHT11數(shù)字溫濕度的檢測(cè)模塊是現(xiàn)在比較普遍使用的便攜式溫濕度采集設(shè)備之一，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包括一個(gè)電容式感時(shí)元件和一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)測(cè)溫元件。它們的電路原理圖如圖3-7所示：圖3-7溫濕度傳感器電路原理圖3.5.5氣壓傳感器本次設(shè)計(jì)選擇采用氣壓傳感器來(lái)測(cè)量環(huán)境的氣壓數(shù)據(jù)，氣壓傳感器是專門用于測(cè)量氣體壓力的傳感器，如果當(dāng)被測(cè)氣體的壓力有減小或增大時(shí)，傳感器內(nèi)的薄膜變形驅(qū)動(dòng)套管的電阻器電阻會(huì)發(fā)生變化，從而獲得變化的信號(hào)電壓[16]，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)街骺刂茊卧衃16]。其電路原理圖如圖3-8：圖3-8氣壓傳感器原理圖3.6本章小結(jié)第三章主要是根據(jù)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求對(duì)每個(gè)硬件模塊進(jìn)行細(xì)致解析，然后解釋各個(gè)硬件模塊在這個(gè)氣象觀測(cè)系統(tǒng)里發(fā)揮什么作用，能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的哪些要求，包括這些模塊的功能和注意事項(xiàng)有哪些，優(yōu)點(diǎn)又有哪些。根據(jù)電路設(shè)計(jì)原則，對(duì)每個(gè)電路模塊進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并展示了相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)原理圖。4軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)思路本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)控制技術(shù)的氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題了的話，那么后面就是要根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況來(lái)編寫能夠?qū)崿F(xiàn)所有功能要求的代碼，讓各個(gè)檢測(cè)模塊采集外界環(huán)境數(shù)據(jù)，這項(xiàng)步驟完成以后，然后將檢測(cè)模塊檢測(cè)到的數(shù)據(jù)放入寄存器，進(jìn)而將寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的邏輯整理，之后對(duì)全部的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，這樣做的優(yōu)點(diǎn)就是能夠全面的考慮到有些誤差較大的采集數(shù)據(jù)，最后再對(duì)所有環(huán)境數(shù)據(jù)執(zhí)行處理命令。不過(guò)為了讓整個(gè)系統(tǒng)使用壽命更長(zhǎng)，后續(xù)的維護(hù)更便利的話，是建議將整個(gè)系統(tǒng)的每一個(gè)模塊的功能都進(jìn)行封裝。將每一個(gè)模塊的功能和器對(duì)應(yīng)的子函數(shù)進(jìn)行封裝，這樣做的好處就是，如果在某次檢測(cè)實(shí)驗(yàn)是不需要用到的一些模塊，就無(wú)需調(diào)用該模塊的子函數(shù)。如果是需要全部模塊都要工作的話就調(diào)用全部模塊的子函數(shù)即可。這樣的操作對(duì)于程序的處理和整個(gè)系統(tǒng)的邏輯數(shù)據(jù)的采集都是有利的。不過(guò)在進(jìn)行程序運(yùn)行的同時(shí)，還要考慮到硬件電路可能會(huì)出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤，例如檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，或者出現(xiàn)誤差比較大，這時(shí)就需要在每個(gè)模塊的控制程序中加入一些限制，或者是數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)給出一些信號(hào)提醒工作人員對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。上述方法是為了整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)封裝并延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。而且模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝以后不會(huì)影響后續(xù)的新功能添加和技術(shù)維護(hù)。其基于單片機(jī)控制技術(shù)的氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用壽命更長(zhǎng)。優(yōu)異的編程軟件可以帶來(lái)減少很多不必要的麻煩，以下是軟件編程的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)因素的數(shù)據(jù)采集模塊采集獲取的數(shù)據(jù)可以獨(dú)自獲取，不需要全部模塊一起運(yùn)行。而且接收到的數(shù)據(jù)被反饋出去也可以獨(dú)自運(yùn)行，這樣就更加方便控制系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)檢測(cè)模塊實(shí)施數(shù)據(jù)核查和排除錯(cuò)誤。在每個(gè)模塊的控制程序中加入一些限制，或者是數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)給出一些信號(hào)提醒，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常工作人員可以根據(jù)提醒信號(hào)對(duì)有異常的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。進(jìn)行封裝的整個(gè)系統(tǒng)可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。而且模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝以后不會(huì)影響后續(xù)的新功能添加和技術(shù)維護(hù)。4.2編程環(huán)境及語(yǔ)言簡(jiǎn)介KEIL編程軟件是這次氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇的編程軟件。KEIL編程軟件是為硬件電路實(shí)現(xiàn)其功能而特意開(kāi)發(fā)的。這個(gè)編程軟件功能十分豐富，可以實(shí)現(xiàn)很多編程，所以這次設(shè)計(jì)首選KEIL編程軟件。這個(gè)軟件可以編寫多個(gè)主程序，然后在編寫各個(gè)主程序的head文件。將主程序和head文件結(jié)合運(yùn)行，就能夠迅速創(chuàng)造一個(gè)模塊配置文件。在整個(gè)程序運(yùn)行完成之后，會(huì)生成HEX文件。因?yàn)檫@個(gè)編程軟件的編程界面排版很合理，所以開(kāi)發(fā)人員在使用這個(gè)軟件的時(shí)候是很容易上手的。本次氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件邏輯實(shí)現(xiàn)編程語(yǔ)言選擇C語(yǔ)言，因?yàn)樗鶎W(xué)的專業(yè)從大一開(kāi)始接觸C語(yǔ)言，而且單片機(jī)控制技術(shù)也是學(xué)習(xí)過(guò)的，所以這次設(shè)計(jì)選擇C語(yǔ)言結(jié)合單片機(jī)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)觀測(cè)系統(tǒng)的所有要求。如果選擇其他編程語(yǔ)言的話，難度將大大提升，因?yàn)榇髮W(xué)期間沒(méi)有接觸過(guò)其他編程語(yǔ)言，有接觸過(guò)的編程語(yǔ)言但是也沒(méi)有C語(yǔ)言這么熟悉，如果再去學(xué)習(xí)其他的編程語(yǔ)言的話工作量太大，而且還要花大量的實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)，這就有點(diǎn)事倍功半了。更何況單片機(jī)控制技術(shù)是學(xué)習(xí)過(guò)的課程，更好上手，與整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的邏輯相似，所以能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能選擇C語(yǔ)言就可以了，不再需要其他編程語(yǔ)言。4.3主流程序設(shè)計(jì)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分，單片機(jī)主控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)。單片機(jī)控制系統(tǒng)上電后可通過(guò)定時(shí)器來(lái)間隔接收藍(lán)牙通信信息，當(dāng)接收到的控制信息有變化的時(shí)候會(huì)通過(guò)設(shè)置更新子程序更新信息到監(jiān)控控制系統(tǒng)，同時(shí)會(huì)同步到遠(yuǎn)程客戶端進(jìn)行監(jiān)控顯示。如圖4-1為控制系統(tǒng)的主程序流程圖。圖4-1主流程圖4.4主要模塊子程序設(shè)計(jì)4.4.1顯示子程序根據(jù)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求顯示模塊選擇OLED顯示屏，下面的子程序設(shè)計(jì)流程圖是根據(jù)OLED顯示屏的執(zhí)行步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。即根據(jù)錄入操作命令、錄入采集數(shù)據(jù)、寫地址的形式針對(duì)錄入的采集數(shù)據(jù)輪流進(jìn)行錄入。OLED液晶顯示屏子程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2OLED液晶顯示屏子程序流程圖4.4.2無(wú)線傳輸子程序根據(jù)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，下圖是無(wú)線傳輸模塊子程序，下面的子程序設(shè)計(jì)流程圖是根據(jù)程序和無(wú)線傳輸模塊的執(zhí)行步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)的。第一步是初始化，查看設(shè)備鏈接是否正常，檢查完畢以后進(jìn)行設(shè)備的互相連接，連接完成之后嘗試信號(hào)的發(fā)送或者接收，如果信號(hào)發(fā)送或接收成功則說(shuō)明該通信過(guò)程已完成。詳細(xì)流程圖如下圖4-3所示：圖4-3無(wú)線傳輸子程序流程圖4.4.3數(shù)據(jù)采集子程序氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集[17]。為提高準(zhǔn)確率，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的采集采用了多次采集和多次校驗(yàn)的方法。而每次采集的數(shù)據(jù)都會(huì)存入單片機(jī)的寄存器中。具體操作的工作流程大致是：系統(tǒng)開(kāi)機(jī)及程序初始化啟動(dòng)以后，溫濕度模塊自動(dòng)對(duì)檢測(cè)溫度時(shí)的信號(hào)進(jìn)行了模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換處理好的溫度數(shù)據(jù)被發(fā)送給單片機(jī)，之后存入單片機(jī)寄存器中，直接讀取風(fēng)速、風(fēng)向、雨滴檢測(cè)模塊發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)[18]，過(guò)程與溫濕度相似。氣壓傳感器發(fā)送的是模擬量，需要經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后發(fā)送給單片機(jī)。數(shù)字量采集流程圖如下圖4-4，模擬量采集流程圖如下圖4-5。圖4-4數(shù)字量采集程序流程圖圖4-5模擬量采集程序流程圖4.5本章小結(jié)第四章主要對(duì)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行分析，概括整個(gè)氣象檢測(cè)系統(tǒng)的軟件方面的構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)不同功能的流程圖的介紹。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，完成了本設(shè)計(jì)軟件部分的流程圖繪制，并對(duì)流程圖的基本思路進(jìn)行了說(shuō)明。5調(diào)試與分析5.1硬件調(diào)試5.1.1硬件連接測(cè)試在整個(gè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)物搭建成功以后，第一個(gè)要完成的是測(cè)試硬件電路，將對(duì)實(shí)物進(jìn)行工作環(huán)境的檢測(cè)。將氣象觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)物放置在外界環(huán)境中，觀察OLED顯示屏是否能夠顯示采集數(shù)據(jù)[19]，顯示屏上所顯示的每個(gè)模塊采集的數(shù)據(jù)是否是正確的。如果是正確的則證明硬件電路的設(shè)計(jì)成功了。整個(gè)觀測(cè)氣象系統(tǒng)是要放置在外界環(huán)境下，所以在測(cè)試時(shí)必須要嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)實(shí)物的每個(gè)部分都要進(jìn)行檢查，小到每一個(gè)引腳[20]是否焊牢，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)是否能夠在十分惡劣的環(huán)境中進(jìn)行工作。整個(gè)系統(tǒng)要在多個(gè)不一樣的外界環(huán)境中進(jìn)行工作，檢測(cè)。并且還要觀察接收到的數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，如果出現(xiàn)異常的話就說(shuō)明這個(gè)系統(tǒng)是不可靠的，需要進(jìn)行再次加工。如果采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?；蛘卟杉O(shè)備不能工作的話會(huì)直接造成后面整個(gè)系統(tǒng)的不能運(yùn)行。因此，為了不出現(xiàn)這一系列的問(wèn)題，需要對(duì)每一個(gè)檢測(cè)模塊進(jìn)行檢查，確保整個(gè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠永久的運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)采集不成功的話，要想到一切可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不成功的情況，不管是不是電路的某個(gè)模塊出現(xiàn)問(wèn)題，都要用萬(wàn)用表[21]進(jìn)行檢測(cè)以便排除錯(cuò)誤。下面是對(duì)于風(fēng)向傳感器的方向檢測(cè)，在調(diào)試過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)方向有些偏差的問(wèn)題，此時(shí)會(huì)用到萬(wàn)用表測(cè)風(fēng)向傳感器和電路板的電壓是否達(dá)標(biāo)，如果提供的電壓沒(méi)有達(dá)到風(fēng)向傳感器的標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)出來(lái)的方向不準(zhǔn)確，需要提供標(biāo)準(zhǔn)以上的電壓，那么在電壓穩(wěn)定以后，測(cè)出的方向可以用萬(wàn)用表測(cè)一下風(fēng)向傳感器的輸出電壓，每個(gè)方向會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓的范圍。下圖中，顯示屏中風(fēng)向是顯示正東方向，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，東北風(fēng)對(duì)應(yīng)的電壓約是0.71V，萬(wàn)用表測(cè)出的數(shù)據(jù)為0.68V。如圖5-1所示：圖5-1系統(tǒng)調(diào)試圖5.1.2硬件功能測(cè)試硬件功能測(cè)試是需要將所有已經(jīng)通過(guò)功能調(diào)試的硬件模塊進(jìn)行組合，要按照PCB原理圖的設(shè)計(jì)來(lái)搭建實(shí)物，不過(guò)PCB原理圖是依據(jù)的一方面，另外一方面是每一個(gè)模塊的安裝是有順序的，這就要參考每個(gè)模塊的引腳圖進(jìn)行搭建。如果搭建錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致一整個(gè)系統(tǒng)燒掉或者是某個(gè)模塊的元器件燒掉。所以在實(shí)物搭建的時(shí)候要十分仔細(xì)。系統(tǒng)功能測(cè)試用例與結(jié)果如表5-1所示。表5-1硬件模塊測(cè)試結(jié)果編號(hào)測(cè)試目標(biāo)測(cè)試內(nèi)容測(cè)試結(jié)果1主控芯片模塊1．檢測(cè)主控芯片能否可以合理運(yùn)行通過(guò)2數(shù)據(jù)采集模塊1．檢測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊能否合理運(yùn)行2．檢測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)正確性通過(guò)3藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊1．檢測(cè)藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊能否正常運(yùn)行2．檢驗(yàn)是否可以傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)4液晶顯示模塊1．檢驗(yàn)顯示屏的數(shù)據(jù)顯示是否正常2．檢驗(yàn)顯示屏的數(shù)據(jù)是否正確通過(guò)5.2軟件調(diào)試5.2.1軟件測(cè)試方案鑒于此次設(shè)計(jì)是用單片機(jī)控制技術(shù)結(jié)合KEIL編程軟件實(shí)現(xiàn)的，那么其軟件測(cè)試方案可以選擇黑盒測(cè)試。5.2.2軟件測(cè)試過(guò)程（1）在KEIL上設(shè)計(jì)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的代碼；（2）程序完成編寫，代碼在編譯過(guò)程中出現(xiàn)異常，通過(guò)對(duì)代碼的檢查和修改以后，成功運(yùn)行；（3）把通過(guò)編譯程序生成的HEX文件通過(guò)STC下載串口下載到STC89C52單片機(jī)；（4）用STC下載器連接電腦和STC89C52單片機(jī)，將工程文件夾中保存的HEX文件燒錄進(jìn)主控芯片；隨后等待OLED顯示屏響應(yīng)，屏幕亮了以后觀察顯示屏是否有風(fēng)向，風(fēng)速，雨量等采集到的信號(hào)；（5）通過(guò)對(duì)風(fēng)向風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器以及雨滴傳感器的硬件調(diào)試。