【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于單片機(jī)的氣象監(jiān)測儀的設(shè)計 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：楊濛2012年 5 月 28 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于保密囗，在10年解密后適用本授權(quán)書不保密囗。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名：年 月 日導(dǎo)師簽名：年 月 日武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名 專業(yè)班級指導(dǎo)教師 工作單位 設(shè)計(論文)題目: 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：要求完成的主要任務(wù):（提示：要求學(xué)生設(shè)計的主要項(xiàng)目、具體內(nèi)容、設(shè)計范圍，所設(shè)計系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及工藝要求；，還要指出對學(xué)生設(shè)計結(jié)果的檢驗(yàn)要求，例如，是否要制作樣機(jī)、是否要求有實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)方案，有軟件設(shè)計的如何檢查軟件是否通過，設(shè)計是否達(dá)到要求的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，最后還要說明學(xué)生撰寫設(shè)計說明書時的一般或特殊的要求等。）必讀參考資料： 指導(dǎo)教師簽名 系主任簽名 院長簽名(章) 附件6武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告目的及意義（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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計僅對能實(shí)現(xiàn)地面自動氣象監(jiān)測的儀器進(jìn)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(hù)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(dá)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(dá)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(jìn)入我國地面氣象觀測領(lǐng)域。因?yàn)槠鋬r格昂貴，技術(shù)支持和售后服務(wù)得不到保證，維護(hù)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(diǎn)：(1)氣象傳感器技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)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(shí)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(hù)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(jìn)口自動氣象站在中國長期運(yùn)行的情況來看，其硬件和軟件的使用不盡如人意。這是因?yàn)閲庾詣託庀笳镜慕Y(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(shí)際情況。 在地面氣象監(jiān)測儀方面，正向高集成的綜合地面觀測方向發(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(shí)現(xiàn)自動觀測。目前國外一些發(fā)達(dá)國家已研發(fā)出技術(shù)先進(jìn)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(hù)成本高。針對這種情況，通過學(xué)習(xí)國外先進(jìn)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(diǎn)：高新技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品同樣系列化，適應(yīng)性強(qiáng)，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。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、單片機(jī)（即80C320微處理器）、電源電路、實(shí)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11所示： 圖11 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(jī)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(jìn)行運(yùn)算處理，將實(shí)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(jìn)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(yùn)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。進(jìn)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(jī)，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(jìn)行軟件設(shè)計；14~15周：撰寫論文；16周： 答辯。指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄 摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ緒論 11 結(jié)構(gòu)設(shè)計與方案選擇 2 基于Internet的現(xiàn)代傳動遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 方案選擇 2 遠(yuǎn)程通信方案的選擇 2 變頻器與計算機(jī)串行通信方案的選擇 22 硬件設(shè)計 3 單機(jī)控制 3 硬件配置 3 控制框圖 3 多機(jī)控制 3 遠(yuǎn)程控制 3……結(jié)束語 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27附錄1 變頻器參數(shù)設(shè)定程序代碼 28附錄2 VC程序源代碼 29摘要 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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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。這就體現(xiàn)出了地面自動氣象監(jiān)測儀設(shè)計的重要性。 本文首先講述了題目來源，闡述了國內(nèi)外在地面氣象監(jiān)測方面的研究狀況，以中國氣象局第二代自動氣象站做研究對象，并簡要概括了設(shè)計的任務(wù)和研究手段。這樣，對整個設(shè)計系統(tǒng)就有了初步的認(rèn)識。本文接著對地面自動氣象監(jiān)測儀的初步框架進(jìn)行設(shè)計，并對一些軟件和硬件方案進(jìn)行了選擇。在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步詳細(xì)介紹了該控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件框架。在硬件設(shè)計，將構(gòu)成硬件系統(tǒng)的氣象傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、電源電路、時鐘電路以及存儲電路等進(jìn)行了詳細(xì)的說明；在軟件設(shè)計方面，把各個程序的模塊流程圖給出了詳細(xì)的展示，之后，本文就地面自動氣象監(jiān)測儀設(shè)計的特點(diǎn)，進(jìn)行了歸納與總結(jié)。最后感謝了給予我極大幫助的導(dǎo)師、愛人、家人以及同學(xué)。 關(guān)鍵詞：氣象監(jiān)測儀 氣象傳感器 控制電路 模塊流程圖ABSTRACT In recent years, the global climate warming, drought, floods, high temperatures, low temperature freezing frequent extreme weather, the impact of increasingly widespread, in order to curb the atmospheric environment further worsening and do well the public meteorological service, first to the atmosphere of various meteorological elements for continuous monitoring, access to basic meteorological data, then carries out the weather forecast, weather information, weather assessment of change, meteorological science research and meteorological services, research work, improve the ability of disaster prevention and reduction, make efforts to address climate change, meteorological workers important responsibility. Do the work, is the core of improving the prediction accuracy is enhanced, prevent and mitigate meteorological disasters service capabilities, and ground meteorological instrument to provide accurate, reliable data, is to improve the prediction accuracy and service ability is important assure. This reflects the importance of the design of automatic weather monitoring. The paper first describes the origin, elaborated the domestic and foreign research status of ground meteorological monitoring, to Chinese Meteorological Bureau second generation automatic weather station as the object of study, and summarizes the design tasks and research methods. So, design of the whole system will have a preliminary understanding. In this paper, then on the earth surface automatic weather monitoring the preliminary frame design, and some software and hardware scheme selection. On this basis, further details of the control system hardware and