【文章內(nèi)容簡介】 6hr，記錄誤差177。 ，走時誤差：177。 5min,尺寸 350x1182mm，重 量 17kg。 DWJ1 型自動溫度計 DWJ1 型自動溫度計用于氣象臺站連續(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。 主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍 35~+45℃，準確度小于177。 1℃，記錄周期： 26h（日記 DWJ1）、 176h(周記 DWJ11),外形尺寸 330x125x195mm，重量小于 3kg。 DHJ1 型自動濕度計 DHJ1 型自動濕度計用于氣象臺站、國防、部隊、科研、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、教學、倉庫、實驗室、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。 主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍 30%~100%RH，準確度小于177。 5%RH，記錄周期 26h(日記 DHJ1)、 176h（周記 DHJ11），外形尺寸 334x233x195mm，重量小于 3kg。 DYJ1 自動氣壓計 DYJ1 自動氣壓計是一組真空膜盒作為感應元件，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。該儀器適用于氣象臺站、科研、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、教學、實驗室等有關(guān)部門。 主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍 8801070hPa(DYB1)， 6801030hPa（ DYB11） ,最小分度值 ,準確度177。 ,使用溫度： 15~+45℃，儀器尺寸半徑為64x1150mm（ DYB1） ,半徑為 64x1120mm（ DYB11） ,重量小于 5kg。 自動氣象站 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） VI 自動氣象站是近年來才研制出來并投入氣象業(yè)務使用的綜合氣象探測儀，可對地面多種氣象要素進行自動采集、計算、處理、存儲和通信。該儀器適用于氣象臺站、軍事、海運、航空、環(huán)保等部門氣象探測需要。 該儀器由數(shù)據(jù)采集器、各種氣象要素傳感器、供電系統(tǒng)、存儲器、 LED 顯示屏、通信單元、鍵盤等組成，其主要性能參數(shù)見 表 11。 國外地面氣象監(jiān)測儀器現(xiàn)狀 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)上代表當今世界的先進水平。今年來，歐美等發(fā)達國家已經(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)支持和售后服務得不到保證，維護成本高，所以目前在國內(nèi)還沒有廣泛應用。 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時測量和存儲的氣象站，用武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） VII 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、軍事、農(nóng)林、水文、鹽場、大型廠礦、大型運動設備等需要氣象要素測量及實時氣象數(shù)據(jù)采集處理的場合。 其標準配置主要包括如下各部分：風速傳感器、風向傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、數(shù)據(jù)處理器、三腳架和桅桿、電纜和軟件光盤。其中數(shù)據(jù)處理器有下列特點：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。具有 128KB 的存儲容量。另外帶有 120V 交流 電源適配器和 RS232 串行端口，方便與計算機連接，同時為了便于野外或遠距離使用，具有交流電和太陽能供電兩種方式，配可充電后備電池，以防止氣象站連續(xù)工作時突然斷電。 WS16 模塊化氣象站 WS16 模塊化氣象站是美國一家公司的產(chǎn)品，是一種操作簡便的，可實時監(jiān)測記錄多種氣象參數(shù)的系統(tǒng)。標準配置包括：風速、風向、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置軟盤。其傳感器指標如表 12。 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)品進行氣象觀測，自動氣象站也不例外。 VAISALA 公司自動氣象站的武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） VIII 代表系列是 MAWS 系列，目前在全球的大多數(shù)國家和地區(qū)使用的是 MAWS201 系列，該系列現(xiàn)已發(fā)展到了 MAWS30 MAWS410 系列。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： 氣象傳感器技術(shù)先進，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)。 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)務應用的需要。 自動氣象站采用良好的防護措施，能夠適用于各種復雜環(huán)境。在裝備使用的機動性、操作的便捷性、維修的快捷性、惡劣環(huán)境的適應性等方面都做得比較好。 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來看，其硬件和軟件的表現(xiàn)都不盡如人意。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?shù)氐木唧w情況設計的，并不完全符合我國的實際槍口。 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)支持和售后服務得不到保證，維護成本高。針對這種情況，通過學習國外先進技術(shù)，研發(fā)既適合我國國情又盡可能與國際接軌的檢測儀器，滿足我國地面氣象觀測的需求。 根據(jù)中國氣象局第二代地面自動觀測站的功能規(guī)格書要求，地面自動氣象監(jiān)測儀的發(fā)展應具有以下特點： a、 高新技術(shù)的應用 本研究充分運用最先進的氣 象傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和現(xiàn)代無線通信技術(shù)，是計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和氣象探測技術(shù)的集成。開發(fā)地面自動氣象監(jiān)測儀集成當今成熟的、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)，設計基于現(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。 b、產(chǎn)品統(tǒng)一系列化 注重各氣象要素探測系統(tǒng)集成，僅能單氣象要素能獨立探測，更加注重多種氣象要素的綜合探測，能統(tǒng)一標準進行集成，未來的地面氣象監(jiān)測儀將由氣象傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)等部分組成。 c、適應性 強 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） IX 地面自動氣象監(jiān)測儀適應地溫到高溫，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)境中應用。 d、性能價格比高 在重視高新技術(shù)含量的儀器開發(fā)同時，注重適當價格器件的選項，開發(fā)并生成出適合我國國情的儀器產(chǎn)品，滿足現(xiàn)代氣象探測業(yè)務的需要。 在適應現(xiàn)代氣象監(jiān)測的要求下，還應加強一下幾方面的工作： a、 加強地面自動氣象監(jiān)測儀應用理論研究 一方面要通過引進、學習國外先進技術(shù)和設備，提高我們的氣象探測技術(shù)水平，同時加強氣象專業(yè)和微電子技術(shù)專業(yè)的研究，提高理論研究水平。 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 行的設備，部分儀器在特定的惡劣條件下工作。它是多學科、多專業(yè)的綜合開發(fā)。要嚴格控制各個環(huán)節(jié)，提高氣象監(jiān)測儀的質(zhì)量，滿足氣象業(yè)務的指標要求。 c、制定和修改相關(guān)氣象規(guī)范 中國氣象局應加強修改、制定相關(guān)氣象的探測規(guī)范，是指導專業(yè)氣象探測業(yè)務進步的重要內(nèi)容。規(guī)范不能落后于現(xiàn)代化地面氣象監(jiān)測儀器發(fā)展的步法，這樣才能更加規(guī)范和指導氣象儀器的研發(fā)，促進發(fā)展。 d、加大科研投入，建立地面氣象監(jiān)測儀研究專項資金 氣象部門是公共氣象服務機構(gòu)，財力有限。氣象研究的投入一方面依靠市場利益驅(qū)動外，同時更需要政府的強有力支持，特別是 重點課題的公關(guān)和大型氣象裝備的研制，都需要上級主管部門的組織和政府資金的支持。 面對新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，開發(fā)一套適合我國氣象觀測應用的地面自動氣象監(jiān)測儀任重而道遠，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行穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)可信，能準確、真實反應大氣狀況和變化規(guī)律，為天氣預報人員提供科學的決策服務依據(jù)。 本論文提出研究的背景 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現(xiàn)自動氣象監(jiān)測的儀器絕大部分都是單個要素進行，集成度低，盡管國內(nèi)的自動氣 象站基本能滿足氣象業(yè)務的需要和環(huán)境的要求，但存在不足和缺陷也較大。必須充分認識到我國氣象觀測水平與國外先進技術(shù)相比還有很大的差距，為了滿足不斷提高的氣象觀測需求，提高我國氣象觀測事業(yè)的整天水平，應重點發(fā)展新一代自動氣象站，對氣象傳感器、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)進行改進，使我國的武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） X 新一代自動氣象站能夠進入世界一流的行列。 按照中國氣象局第二代自動氣象開發(fā)功能規(guī)則書要求，第二代自動氣象站基于現(xiàn)代總線技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建，采用了國際標準并遵循標準、開放的技術(shù)路線進行設計，它由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括采集器、外 部總線、傳感器、外圍設備四部分；軟件包括嵌入式軟件、業(yè)務軟件兩部分。為了實現(xiàn)自動氣象站進行不同的配置，以實現(xiàn)不同觀測任務或滿足不同類別氣象觀測站的需要，以最大限度的方便維護和降低維護成本。 本論文的主要研究工作 本論文所設計的地面自動氣象監(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，實現(xiàn)對多種要素氣象傳感器進行控制和數(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 器。 本論文通過對微處理器 80C320 和大規(guī)模集成接口電路的研究，設計出地面自動氣象監(jiān)測儀系統(tǒng)的硬件方案，給出相應的原理圖。硬件主要解決氣象傳感器、時鐘芯片、 LED 顯示、通信接口、硬件運行監(jiān)控等與微處理器的接口電路設計，并對研制出來的地面氣象監(jiān)測儀進行氣象數(shù)據(jù)采集。軟件設計給出程序設計流程圖，按照氣象業(yè)務規(guī)范編寫出能自動進行氣象數(shù)據(jù)采集、處理、傳送、存儲和輸出的應用程序。 主要工作內(nèi)容包括 : a、需求調(diào)研，總體方案設計，根據(jù)系統(tǒng)需要進行硬件部件選定。 b、具體硬件電路設計，并進行電路布設 合理性分析。 c、軟件系統(tǒng)的軟件設計。 d、對研制出來的地面自動氣象監(jiān)測儀性能進行分析。 本論文的主要內(nèi)容構(gòu)成 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。在論文第二章里，根據(jù)氣象業(yè)務的需求，設計儀器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，重點介紹單片機、存貯芯片的選型，詳細介紹六種氣象要素傳感器的原理。在論文第三章設計各個分電路的方案，介紹電路原理圖的設計和 PCB 電路板制作，展武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） XI 示儀器實物圖。第四章分別介紹數(shù)據(jù) 采集處理器軟件各功能模塊設計和計算機處理分析系統(tǒng)軟件功能設計。最后對論文工作進行了總結(jié)，提出下一步需要研究的工作。 第二章 智能地面氣象監(jiān)測儀總體設計和部件選擇 本文設計的地面氣象監(jiān)測儀以中國氣象局地面觀測站規(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，采用當今成熟的、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)，設計基于現(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。它是一套能長期穩(wěn)定運行無人值守的監(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。它是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從各種氣象傳感器中自動采集氣象信息。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)，并且可實時傳回到信息中心服務器中。采用 CMOS 數(shù)字電路技術(shù)，最大程度減少能耗，可使用市電220V 或太陽能系統(tǒng)供電。 氣象監(jiān)測儀系統(tǒng)的總體設計 根據(jù)設計要求，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、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。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 21 所示。 圖 21 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，武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） XII 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 傳回信息中心。 氣象監(jiān)測儀單片機的選擇與介紹 單片機的選型 單片機的的選型是一件重要而費心的事情 ,如果單片機型號選擇得合適 ,單片機應用系統(tǒng)就會得經(jīng)濟 ,工作可靠 。如果選擇得不合適 ,就會造成經(jīng)濟浪費 ,影響單片機應用系統(tǒng)的正常運行 ,甚至根本就達不到預先設計