【正文】 0 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 主要性能特點(diǎn) 8051 單片機(jī)匯編語言、管腳及其功能； 個輸入 /輸出端口，可位尋址； 個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器； 256 字節(jié) RAM。 單片機(jī)芯片選型時 ,總的原則是 : 1.“芯片含有功能或數(shù)量略大于設(shè)計(jì)需求” ,設(shè)計(jì)需求盡可能用芯片完成； 2.“選大廠生產(chǎn)的、選供應(yīng)量多的、選名牌的但要量保證。如果選擇得不合適 ,就會造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi) ,影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行 ,甚至根本就達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能。 氣象監(jiān)測儀系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，地面自動氣象監(jiān)測儀由硬件和軟件兩大部分組成，其中硬件部分由單片機(jī)、總線接口電路、氣象傳感器、電源、時鐘電路、顯示電路、存儲數(shù)據(jù)芯片和無線 傳送電路組成。它是一套能長期穩(wěn)定運(yùn)行無人值守的監(jiān)測系統(tǒng)，全程記錄各種氣象要素數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時間。在論文第三章設(shè)計(jì)各個分電路的方案，介紹電路原理圖的設(shè)計(jì)和 PCB 電路板制作，展武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） XI 示儀器實(shí)物圖。 c、軟件系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。硬件主要解決氣象傳感器、時鐘芯片、 LED 顯示、通信接口、硬件運(yùn)行監(jiān)控等與微處理器的接口電路設(shè)計(jì)，并對研制出來的地面氣象監(jiān)測儀進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)采集。硬件包括采集器、外 部總線、傳感器、外圍設(shè)備四部分；軟件包括嵌入式軟件、業(yè)務(wù)軟件兩部分。 面對新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，開發(fā)一套適合我國氣象觀測應(yīng)用的地面自動氣象監(jiān)測儀任重而道遠(yuǎn)，要在氣象傳感器技術(shù)和微電子技術(shù)上下功夫，使得開發(fā)出來的氣象儀器長期運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)可信，能準(zhǔn)確、真實(shí)反應(yīng)大氣狀況和變化規(guī)律，為天氣預(yù)報人員提供科學(xué)的決策服務(wù)依據(jù)。 c、制定和修改相關(guān)氣象規(guī)范 中國氣象局應(yīng)加強(qiáng)修改、制定相關(guān)氣象的探測規(guī)范，是指導(dǎo)專業(yè)氣象探測業(yè)務(wù)進(jìn)步的重要內(nèi)容。 在適應(yīng)現(xiàn)代氣象監(jiān)測的要求下，還應(yīng)加強(qiáng)一下幾方面的工作： a、 加強(qiáng)地面自動氣象監(jiān)測儀應(yīng)用理論研究 一方面要通過引進(jìn)、學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高我們的氣象探測技術(shù)水平，同時加強(qiáng)氣象專業(yè)和微電子技術(shù)專業(yè)的研究，提高理論研究水平。開發(fā)地面自動氣象監(jiān)測儀集成當(dāng)今成熟的、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(jì)基于現(xiàn)代總線技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建的自動氣象站，滿足地面氣象觀測多要素自動觀測。 地面氣象監(jiān)測儀發(fā)展趨 勢 在地面氣象監(jiān)測儀器方面，正向高集成的綜合地面觀測方向發(fā)展，基本技術(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。 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。與國產(chǎn)自動氣象站相比，國內(nèi)的自動氣象站和氣象傳感器具有如下特點(diǎn)： 氣象傳感器技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品精確性和穩(wěn)定性優(yōu)越，除基本的六要素傳感器外，土壤和水的溫度、太陽輻射、土壤濕度、能見度、云等要素的傳感器已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)配置包括：風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、相對濕度、大氣壓、降雨量、數(shù)據(jù)采集器、三角支架、線纜和基本裝配和設(shè)置軟盤。其中數(shù)據(jù)處理器有下列特點(diǎn)：非易失性存儲、數(shù)據(jù)平均周期可選、 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換、兩種報警輸出方式和 Modem 傳輸方式。今年來，歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)相繼研發(fā)出集成度較高的地面自動氣象監(jiān)測儀，并進(jìn)入我國地面氣象觀測領(lǐng)域。 自動氣象站 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 自動氣象站是近年來才研制出來并投入氣象業(yè)務(wù)使用的綜合氣象探測儀，可對地面多種氣象要素進(jìn)行自動采集、計(jì)算、處理、存儲和通信。 DYJ1 自動氣壓計(jì) DYJ1 自動氣壓計(jì)是一組真空膜盒作為感應(yīng)元件，用來連續(xù)記錄近地面某一段時間內(nèi)大氣壓力變化的儀器。 1℃，記錄周期： 26h（日記 DWJ1）、 176h(周記 DWJ11),外形尺寸 330x125x195mm，重量小于 3kg。 ，走時誤差：177。 主要技術(shù)指標(biāo)： 環(huán)境溫度范圍為 045℃ ； 相對濕度不大于 95%RH； 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 風(fēng)速測量范圍為 090m/s； 風(fēng)向測 量范圍 0360 度； 風(fēng)速處理精度為 ；風(fēng)向分辨度為 3 度； 時鐘誤差小于 3S/日。存貯 2 個月的氣表內(nèi)容及 2 天的連續(xù)風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)。 主要功能： 自動打印整點(diǎn)前十分鐘平均風(fēng)速及最多風(fēng)向；并在 8 個整點(diǎn)前6 分鐘自動打印二分鐘平均風(fēng)速和風(fēng)向；二十 點(diǎn)自動打印全天 4 次二鐘風(fēng)速合計(jì)及平均值；全天 24 個整點(diǎn)十分鐘風(fēng)速合計(jì)及平均值；全天最大風(fēng)速風(fēng)向及發(fā)生時間；全天極大風(fēng)速風(fēng)向及發(fā)生時間。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器可存貯 2 個月的氣表 1 內(nèi)容及 2 天的風(fēng)向風(fēng)速連續(xù)數(shù)據(jù)，即使打印機(jī)損壞，數(shù)據(jù)記錄仍可查血。目前氣象系統(tǒng)使用常規(guī)地面氣象儀器有 EN2 型測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀，SJ1 型虹吸式雨量計(jì)， DWJ1 型自動溫度計(jì)， DHJ1 型自動濕度計(jì)， DYJ1 自動氣壓計(jì)和最新研制出并投入氣象業(yè)務(wù)使用的自動氣象站等。能實(shí)現(xiàn)儀器自動監(jiān)測的氣象要素有能見度、氣壓、空氣溫度濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、蒸發(fā)、輻射、日照和地溫，其他氣象要素監(jiān)測只能通過人工觀測實(shí)現(xiàn)。 本論文開展對國內(nèi)外氣象監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀調(diào)查，以中國氣象局地面觀察站規(guī)范和中國氣象局第二代自動氣象站開發(fā)功能規(guī)格書要求 為指導(dǎo)，根據(jù)我國實(shí)際氣象業(yè)務(wù)的需求，指出新一代地面自動氣象監(jiān)測儀應(yīng)該具有的功能特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代最近電子探測技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)基于 CAN 總線的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)監(jiān)測，滿足地面多氣象要素自動觀測的需要。 in the aspect of software design, each module of the program flowchart is given detailed showing, then, this article on the earth surface automatic weather monitoring design characteristics, were induction and summary. Finally thanks to give me great help mentor, lover, family and students. Key words: meteorological instrument meteorological sensor control circuit module flow chart 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 緒論 人類的活動都是在地球表面的大氣層進(jìn)行，表層空氣質(zhì)量的好壞，直接影響人類的身體健康。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。這就體現(xiàn)出了地面自動氣象監(jiān)測儀設(shè)計(jì)的重要性。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(jì)用來測量降雨量；大氣壓力傳感器用來測量大氣壓 。 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。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。 (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。 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)。氣象儀器的趨勢都是數(shù)字化 、智能化 、 集成化發(fā)展。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)。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。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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于單片機(jī)的氣象監(jiān)測儀的設(shè)計(jì) 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。 作者簽名：楊濛 2020 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。） 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(jì)（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。 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)。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。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。基本滿足世界各國各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要。 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。這也是我所設(shè)計(jì)地面氣象監(jiān)測儀所依托的參考條件和要求。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。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。 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(jì)，并對一些軟件和硬件方案進(jìn)行了選擇。 關(guān)鍵詞 ：氣象監(jiān)測儀 氣象傳感器 控制電路 模塊流程圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 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 worsenin g 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, resea