基于單片機的氣象監(jiān)測儀的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 近年來全球氣候變暖，干旱、洪災(zāi)、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(wù)，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(yù)報、氣象信息、氣候變化評估、氣象科學(xué)研究和氣象服務(wù)等研究工作，提高防災(zāi)減災(zāi)能力，做好應(yīng)對氣候變化的工作，是氣象工作者的重要責(zé)任。做好這些工作，核心是提高預(yù)報預(yù)測準(zhǔn)確率，根本是增強防御和減輕氣象災(zāi)害的服務(wù)能力，而地面氣象監(jiān)測儀提供的準(zhǔn)確、可靠的觀測數(shù)據(jù)，是提高預(yù)報預(yù)測準(zhǔn)確率和服務(wù)能力的重要保證。 隨著科學(xué)技術(shù)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(chǎn)能力。本次設(shè)計針對上述的要求和現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)，采用當(dāng)今成熟的微電子技術(shù)、穩(wěn)定的、先進的電子測量，數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計開發(fā)一套地面氣象監(jiān)測儀。目前國內(nèi)開展的地面氣象監(jiān)測要素包括:云、能見度、天氣現(xiàn)象、氣壓、空氣溫度空、氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)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(xiàn)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(fēng)向、風(fēng)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(xiàn)。本次設(shè)計僅對能實現(xiàn)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(chǎn)品基本一致，都能滿足氣象要素監(jiān)測的需求，國內(nèi)研發(fā)出的儀器具有明顯價格優(yōu)勢，技術(shù)支持和售后服務(wù)良好，維護成本低。氣象儀器的趨勢都是數(shù)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(chǎn)品在性能技術(shù)上代表當(dāng)今世界的現(xiàn)今水平。近年來，歐美等發(fā)達國家已經(jīng)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(lǐng)域。因為其價格昂貴，技術(shù)支持和售后服務(wù)得不到保證，維護成本高，所以目前在國內(nèi)還沒有廣泛應(yīng)用。 與國產(chǎn)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(shù)先進，產(chǎn)

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(jīng)有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。(2)自動氣象站可以根據(jù)用戶的不同需求增減傳感器的種類和數(shù)量，實際操作簡便。采用通用的數(shù)據(jù)傳輸格式，用戶能自由配置數(shù)據(jù)的輸出格式?；緷M足世界各國各種業(yè)務(wù)應(yīng)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(fù)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(jié)構(gòu)、傳感器和軟件等都是針對當(dāng)?shù)氐木唧w情況設(shè)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(shù)原因，地面所有觀測氣象要素還不能全部實現(xiàn)自動觀測。目前國外一些發(fā)達國家已研發(fā)出技術(shù)先進集成度較高的產(chǎn)品，但不適合我國國情，主要表現(xiàn)在價格昂貴，技術(shù)支持和售后服務(wù)得不到保證，維護成本高。針對這種情況，通過學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)，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(yīng)具有以下特點：高新技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品同樣系列化，適應(yīng)性強，性能價格比高。這也是我所設(shè)計地面氣象監(jiān)測儀所依托的參考條件和要求。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案 地面氣象監(jiān)測儀，要求能監(jiān)測風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、溫度、濕度和氣壓等數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)芯片和無線傳送電路組成，其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示： 圖1-1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖該氣象監(jiān)測儀主要采用單片機控制技術(shù)，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(shù)據(jù)，按照氣象規(guī)范要求進行運算處理，將實時資料經(jīng)驅(qū)動后由LCD顯示器顯示出來，方便現(xiàn)場閱讀；同時將氣象資料存放在本地數(shù)據(jù)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(wù)器。地面氣象監(jiān)測儀主要包括傳感器，數(shù)據(jù)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(fēng)速風(fēng)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(fēng)速風(fēng)向傳感器也是可以用來一起測量風(fēng)速風(fēng)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(diào)研、查閱資料、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，確定總體方案，完成開題報告；4 6 周： 熟悉單片機，根據(jù)氣象儀器探測氣象要素的需求，了解風(fēng)向、風(fēng)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(shè)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(shè)計；1415周：撰寫論文；16周： 答辯。4、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 檢查并完成各種預(yù)設(shè)的計劃任務(wù)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(dāng)前所有氣象數(shù)據(jù) 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(fēng)向風(fēng)速平均值，計算小時和日最大值 開始 開始異常處理模塊，標(biāo)志出錯格雷碼位風(fēng)向傳感器正常？風(fēng)速傳感器正常？異常處理模塊，標(biāo)志干簧管通斷異常雨量傳感器正常？異常處理模塊，標(biāo)志鉑電阻異常溫度傳感器正常？異常處理模塊，標(biāo)志濕敏電