【正文】 定是否保留這一位。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。 模數(shù)轉(zhuǎn)換即A/D轉(zhuǎn)換，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。而將P0口作為SJA1000的數(shù)據(jù)/地址分時復(fù)用總線，可知SJA1000的片選基址為0x0000，其內(nèi)部寄存器地址為片選基址與寄存器相應(yīng)偏移量的和。這樣連續(xù)重復(fù)8位就完成SRAM中的顯示數(shù)據(jù)。外圍接口電路簡單，使用方便。本系統(tǒng)采用NEC公司的低功耗CMOS并行接口芯片82C55，其電路方框圖如31所示。本文采用MAX233芯片，完成系統(tǒng)所需的電平轉(zhuǎn)換，其電路如圖35電路原理圖所示，U13為通信接口芯片MAX233。圖中Y1為石英晶體振蕩器，通常簡稱為晶振，接在單片機(jī)的XTAL1(19)和XTAL2(18)引腳構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生單片機(jī)所需要的頻率信號，作為整個儀器的時鐘基準(zhǔn)，串行通信波特率是由時鐘信號分頻后得到，考慮計(jì)算方便和波特率的精準(zhǔn)，另外根據(jù)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，電路設(shè)計(jì)圖中C1，C2一般采用30P的電容，有助于穩(wěn)定時鐘振蕩頻率。在本論文中看門狗復(fù)位電路設(shè)計(jì)見圖35電路原理圖中所示。然而，有時這種設(shè)計(jì)仍然會引起程序走飛或工作不正常。12V直流電壓是該儀器的基本工作電壓，氣象監(jiān)測儀中其他直流工作電壓應(yīng)由此轉(zhuǎn)換而成，該電壓由蓄電池提供，需另外配置輔助電源對蓄電池充電。當(dāng)上翻斗盛積的水量達(dá)到一定的數(shù)量值時，上翻斗翻倒，另一半翻斗開始盛水，翻倒雨水經(jīng)錯匯集漏斗流入，計(jì)量翻斗翻倒，把雨水倒入計(jì)數(shù)翻斗，使計(jì)算翻斗翻動一次。當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化時，尾翼轉(zhuǎn)動通過軸桿帶動電位器軸心轉(zhuǎn)動，從而在電位器的活動端產(chǎn)生變化的電阻信號輸出。5. 可選1個，2個或者3個氣壓傳感器6. 多種輸出可選：RS232C/TTL、RS485/RS422串行口或者RS232C/0~5V DC測風(fēng)傳感器有機(jī)械式和超聲風(fēng)傳感器兩大類，考慮測量分別率和精度的需要，選擇傳統(tǒng)機(jī)械式測風(fēng)傳感器，測風(fēng)傳感器可采用下列三個廠家，分別為天津氣象儀器廠生產(chǎn)的EL15型、長春氣象研究所生產(chǎn)的EC91型和無錫所生產(chǎn)的JQJTFH型，他們的硬件接口相同，可交換，但風(fēng)速換算修正公式有小小的差別。所有的調(diào)整參數(shù)都存儲在EEPROM中，用戶不可改變出廠設(shè)置。HMP45A/D探頭可在寬電壓條件下操作，耗電量低。外殼封裝一般采用不銹鋼，內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，適用于精密儀器、恒溫設(shè)備、流體管道等溫度的測量，非常經(jīng)濟(jì)適用。 地面自動氣象監(jiān)測儀主要包括傳感器，數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等部分，其中最能決定它性能的是氣象要素傳感器，隨著對氣候變化研究的深入，這對溫度傳感器的精度和長期運(yùn)行穩(wěn)定性提出了很高的要求；濕度方面存在的主要問題是濕度傳感器難以在全濕度兩成范圍內(nèi)達(dá)到同樣的測量準(zhǔn)確度，在低溫低濕條件下濕度傳感器性能變差，響應(yīng)遲緩，這是世界范圍內(nèi)大氣探測的主要難題之一，等待突破；氣壓方面，由于振筒氣壓儀和硅壓阻氣壓傳感器發(fā)展比較成熟，符合自動氣象站的觀測要求，目前對氣壓傳感器的相關(guān)研究較少，但國內(nèi)生產(chǎn)的氣壓傳感器在精確度、穩(wěn)定度、可靠性等方面與進(jìn)口傳感器有一定差距；風(fēng)速、風(fēng)向方面，傳統(tǒng)方向標(biāo)和風(fēng)杯的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了其系統(tǒng)誤差不可避免，且易受惡劣環(huán)境影響，而超聲波風(fēng)速儀、橫向傳感器等固態(tài)測風(fēng)傳感器的出現(xiàn)，不僅解決了機(jī)械摩擦問題，提高了測量準(zhǔn)確度，而且環(huán)境適應(yīng)度大大提高，在惡劣環(huán)境下仍可正常工作，成為風(fēng)速、風(fēng)向測量的主要發(fā)展方向；降水量方面，自動氣象站主要是利用翻斗式雨量計(jì)對降水量進(jìn)行觀察和記錄。因?yàn)槠瑑?nèi)沒有程序存貯器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯器有256bytes，所以系統(tǒng)要擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存貯區(qū)和程序存貯區(qū)，圖24就是80C320外部存貯器的配置圖。內(nèi)部數(shù)據(jù)貯存器共256BYTES，在物理上可以分為3個不同的塊：00H~7FH(0~127)單元組成的低128字節(jié)的RAM；80H~FFH(128~255)單元組成的高128字節(jié)的RAM快；以及128字節(jié)的專用寄存器(SFR)塊。5. 2個全雙工串行口，可編程看門狗計(jì)數(shù)器；6. 實(shí)現(xiàn)4時鐘/機(jī)器周期（8051為12），單指令周期不大于121ns；7. 最大工作時鐘達(dá)33MHz，有內(nèi)置的時鐘振蕩器；8. 低電壓自動復(fù)位，13個中斷源/6個外部中斷。但是如果選擇的單片機(jī)功能過大,不但沒必要,還會造成浪費(fèi)。數(shù)據(jù)采集接口有RS232,A/D轉(zhuǎn)換，脈沖等多種形式，方便各種不同型號、各類通信接口的氣象傳感器介入，數(shù)據(jù)可暫時存放在RAM芯片中，可記錄1個月以上的氣象數(shù)據(jù)，并且可實(shí)時傳回到信息中心服務(wù)器中。 本論文第一張敘述國內(nèi)、外地面氣象監(jiān)測儀的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，知道開發(fā)研究適合我國地面氣象業(yè)務(wù)需求的氣象監(jiān)測儀的必要性，列出本論文要完成的主要工作。 本論文所設(shè)計(jì)的地面自動氣象監(jiān)測儀采用INTEL公司生產(chǎn)的低功耗CMOS微處理器80C320芯片作為中央處理器，配以NEC公司生產(chǎn)的低消耗CMOS并行接口芯片82C55，實(shí)現(xiàn)對多種要素氣象傳感器進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集，并通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將氣象數(shù)據(jù)傳回到氣象信息中心服務(wù)器。d、加大科研投入，建立地面氣象監(jiān)測儀研究專項(xiàng)資金氣象部門是公共氣象服務(wù)機(jī)構(gòu)，財(cái)力有限。c、適應(yīng)性強(qiáng)地面自動氣象監(jiān)測儀適應(yīng)地溫到高溫，低濕到高濕野外環(huán)境的變化，也能在高鹽分腐蝕海洋環(huán)境中應(yīng)用。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)行來看，其硬件和軟件的表現(xiàn)都不盡如人意。 MAWS系列氣象站 目前全世界的70多個國家和20多個地區(qū)和組織基本上都是使用芬蘭VAISALA公司的氣象產(chǎn)品進(jìn)行氣象觀測，自動氣象站也不例外。 EasiData Mark 4型自動氣象站該型號自動氣象站為澳大利亞Environdata公司的產(chǎn)品，是一種模塊式的地面自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)，可以完成對多個氣象要素的實(shí)時測量和存儲的氣象站，用于氣象部門所屬地面觀測站，還可以用于環(huán)境監(jiān)測、民航、海運(yùn)、軍事、農(nóng)林、水文、鹽場、大型廠礦、大型運(yùn)動設(shè)備等需要?dú)庀笠販y量及實(shí)時氣象數(shù)據(jù)采集處理的場合。 主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍8801070hPa(DYB1)，6801030hPa（DYB11）,準(zhǔn)確度177。 DWJ1型自動溫度計(jì)DWJ1型自動溫度計(jì)用于氣象臺站連續(xù)記錄近地面某一段時間內(nèi)空氣溫度變化，有日記和周記兩種型號?？蓪N2數(shù)據(jù)通過接口輸入微機(jī)，進(jìn)行實(shí)時觀測或由計(jì)算機(jī)處理成日報(bào)表、月報(bào)表、風(fēng)向頻率玫瑰圖、風(fēng)速頻率圖、連續(xù)曲線等。增加了大風(fēng)組報(bào)、加密報(bào)，可選擇打印次數(shù)。 國內(nèi)地面氣象監(jiān)測儀現(xiàn)狀我國地面氣象監(jiān)測儀主要有常規(guī)地面人工檢測儀器和地面自動氣象站兩大類。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的地面自動監(jiān)測儀已具備一定的研究開發(fā)能力。這樣，對整個設(shè)計(jì)系統(tǒng)就有了初步的認(rèn)識。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。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(jì)的，并不完全符合我國的實(shí)際情況。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。本次設(shè)計(jì)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(jì)開發(fā)一套地面氣象監(jiān)測儀。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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。本次設(shè)計(jì)僅對能實(shí)現(xiàn)地面自動氣象監(jiān)測的儀器進(jìn)行研究。(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。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。進(jìn)度安排1 ~ 3 周： 調(diào)研、查閱資料、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，確定總體方案，完成開題報(bào)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(jì)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(jì)；14~15周：撰寫論文；16周： 答辯。在硬件設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)的特點(diǎn)，進(jìn)行了歸納與總結(jié)。 論文按設(shè)計(jì)順序，先對硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，再敘述軟件的功能模塊，最后對開發(fā)完成的地面自動氣象監(jiān)測儀進(jìn)行性能特點(diǎn)的分析，指出下一步該做的研究工作。氣象儀器的趨勢都是往數(shù)字化、智能化、集成化發(fā)展。自動進(jìn)行4個風(fēng)速點(diǎn)（自設(shè)、20m/s、24m/s、28m/s）的報(bào)警，定時自動打印大風(fēng)組報(bào)、加密報(bào)。 SJ1型虹吸式雨量計(jì)SJ1虹吸式雨量計(jì)用于氣象臺連續(xù)自動記錄大氣中的液體降水量，降水起止時間和降水強(qiáng)度。 DHJ1型自動濕度計(jì)DHJ1型自動濕度計(jì)用于氣象臺站、國防、部隊(duì)、科研、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、教學(xué)、倉庫、實(shí)驗(yàn)室、檔案等有關(guān)部門用來連續(xù)記錄地面某一段時間內(nèi)空氣相對濕度變化的儀器。該儀器適用于氣象臺站、軍事、海運(yùn)、航空、環(huán)保等部門氣象探測需要。具有128KB的存儲容量。自動氣象站可以根據(jù)用戶的不同需要增減傳感器的種類和數(shù)量，實(shí)際操作簡便。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。b、控制氣象儀器質(zhì)量地面自動氣象監(jiān)測儀是全天候運(yùn)行的設(shè)備，部分儀器在特定的惡劣條件下工作。 通過對國內(nèi)外自動氣象站現(xiàn)狀的分析可以看到，目前我國地面自動氣象觀測站能實(shí)現(xiàn)自動氣象監(jiān)測的儀器絕大部分都是單個要素進(jìn)行，集成度低，盡管國內(nèi)的自動氣象站基本能滿足氣象業(yè)務(wù)的需要和環(huán)境的要求，但存在不足和缺陷也較大。軟件設(shè)計(jì)給出程序設(shè)計(jì)流程圖，按照氣象業(yè)務(wù)規(guī)范編寫出能自動進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)采集、處理、傳送、存儲和輸出的應(yīng)用程序。第四章分別介紹數(shù)據(jù)采集處理器軟件各功能模塊設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)處理分析系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖21所示。 單片機(jī)選型,應(yīng)從單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性,實(shí)用性和開發(fā)性三方面來考慮.(1)技術(shù)性:要從單片機(jī)的技術(shù)指標(biāo)角度,對單片機(jī)芯片進(jìn)行選擇,以保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在一定的技術(shù)指標(biāo)下可靠運(yùn)行。 圖22 80C320機(jī)芯片引腳配置圖 在40個引腳中有2條專用于電源的引腳，2條外接晶振的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳。DPRT主要用來保持16位地址，當(dāng)對64KB尾部數(shù)據(jù)存貯器空間尋址時，可作為間址寄存器用，如MOVX A，DPTR。而且芯片內(nèi)置實(shí)時日期、星期和時鐘，在電路設(shè)計(jì)中不需要專門增加時鐘電路單元，詳細(xì)描述見時鐘設(shè)計(jì)部分。PT100是鉑熱電阻，實(shí)物圖如圖25所示，它的阻值跟溫度的變化成正比。本系統(tǒng)中采用直流+12V供電。感應(yīng)元件采用VISALA研制的硅電容壓力傳感器BAROCAP。它有三種輸出方式：軟件可設(shè)的RS232串行輸出；TTL電平輸出；模擬輸出、脈沖輸出。風(fēng)傳感器支架除了用作固定風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器之外，還完成電纜的轉(zhuǎn)接。計(jì)算公式為：V=（V為風(fēng)速，單位m/s；F為脈沖頻率，單位Hz）。其實(shí)物圖如圖29所示。為了使電源電路具有充電、存儲電能功能，需要充電、放點(diǎn)控制模塊和電池組，當(dāng)電池組電量不足時，充電控制模塊就會對電池組進(jìn)行充電，就會自動停止充電；另外，控制模塊也是監(jiān)測電池供電情況，如果沒有市電或太陽能供電時，控制模塊就會斷開供電，防止電池組放電過量而損壞。為此提出定時器加預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)方法。在儀器運(yùn)行當(dāng)中實(shí)現(xiàn)自動檢測單片機(jī)是否正常，在硬件電路中增加芯片DS1232,該芯片是美國DALLAS公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控電路芯片，其中PBRST引腳為按鍵復(fù)位輸入端，該引腳端加一個按鍵開關(guān)S1,方便人工進(jìn)行復(fù)位控制；該芯片的輸出引腳5直接到80C320的單片機(jī)RST引腳，在單片機(jī)運(yùn)行處于失控狀態(tài)下可以停止和重新啟動單片機(jī)正常運(yùn)行。RS232c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信距離為15m。12V，可直接與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)串行口對接；另外該芯片引腳4和19是177。圖中，單片機(jī)的低位地址線接到芯片82C55地址口，通過地址變化選擇芯片82C55內(nèi)不同的命令寄存器和數(shù)據(jù)存儲器，8位數(shù)據(jù)線直接到其數(shù)據(jù)口，進(jìn)行命令字的寫入和數(shù)據(jù)讀寫操作。ICM7218芯片具有典型的8位并行數(shù)據(jù)接口，顯示數(shù)據(jù)和控制字都是8位的字節(jié)。CAN總線采用多主方式工作，所有節(jié)點(diǎn)都以平等地位掛接到總線上。82C250為高速CAN總線驅(qū)動器，最高可支持1M的波特率，但對低速支持并不佳，所以設(shè)置波特率不要小于60K，否則會出現(xiàn)總線出錯的情況。故任何模數(shù)轉(zhuǎn)換都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。它在計(jì)算機(jī)接口電路中用得最普遍。芯片AD7714的串行接口包含5個信號：DOUT、DIN、SCLK、DRDY和CS，、。 圖41 初始化流程圖氣象數(shù)據(jù)讀取模塊是程序的關(guān)鍵，它是氣象數(shù)據(jù)獲取的源泉，包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、雨量和氣壓等氣象數(shù)據(jù)的讀取。另外對關(guān)鍵部件（如A/D芯片，內(nèi)存芯片）進(jìn)行自檢并做出檢查標(biāo)志。按時間的順序，在軟件畫面分為瞬時資料采集，正點(diǎn)資料采集和過時資料采集三個按鍵。發(fā)報(bào)時次分“0”，“10”，“20”，“30”，“60”五種。自動站工作在無線方式，當(dāng)自動站檢測到異常情況下，就會通過電臺將報(bào)警信息發(fā)回中心采集站。月雨量統(tǒng)計(jì)，選擇此按鍵回車后，本程序按選擇的月份進(jìn)行月雨量自動統(tǒng)計(jì)，每天的統(tǒng)計(jì)時段從20點(diǎn)到次日20點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)出1日到30（或31日）的降雨量，根據(jù)每天的降雨量形成柱狀分布圖表。站名為可選項(xiàng)，你可隨意