【正文】 素還不能全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)。針對(duì)這種情況，通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)既適合我國(guó)國(guó)情又盡可能與國(guó)際接軌的監(jiān)測(cè)儀器，滿(mǎn)足我國(guó)地面氣象觀測(cè)的要 求。這也是我所設(shè)計(jì)地面氣象監(jiān)測(cè)儀所依托的參考條件和要求。 地面氣象監(jiān)測(cè)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(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀性能的是氣象要素傳感器。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。 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(shū)，確定總體方案，完成開(kāi)題報(bào)告； 4 ~ 6 周： 熟悉單片機(jī)，根據(jù)氣象儀器探測(cè)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(cè)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(xiě)論文； 16 周： 答辯。做好這些工作，核心是提高預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)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(cè)儀提供的準(zhǔn)確、可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，是提高預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率和服務(wù)能力 的重要保證。 本文首先講述了題目來(lái)源，闡述了國(guó)內(nèi)外在地面氣象監(jiān)測(cè)方面的研究狀況，以中國(guó)氣象局第二代自動(dòng)氣象站做研究對(duì)象，并簡(jiǎn)要概括了設(shè)計(jì)的任務(wù)和研究手 段。 本文接著對(duì)地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀的初步框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)一些軟件和硬件方案進(jìn)行了選擇。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(shí)鐘電路以及存儲(chǔ)電路等進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明；在軟件設(shè)計(jì)方面，把各個(gè)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(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，進(jìn)行了歸納與總結(jié)。 關(guān)鍵詞 ：氣象監(jiān)測(cè)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, 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 foreig n research status of ground meteorological monitoring, to Chinese Meteorological Bureau sec ond 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 software framework. In the hardware design, the hardware system of meteorological sensor, digitaltoanalog conversion circuit, power supply circuit, a clock circuit and a memory circuit in detail。社會(huì)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，不同程度造成大氣質(zhì)量變壞；特別是今年來(lái)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)，首先對(duì)大氣中各種氣象要素進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲得基本的氣象資料，再開(kāi)展天氣預(yù)報(bào)、氣象信息、氣候變化評(píng)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(duì)氣候變化的工作，核心是提高預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)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，而地面自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀觀測(cè)系統(tǒng)提供的準(zhǔn)確、可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，是提高預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率和服務(wù)能力的重要保證。本論文針對(duì)上述業(yè)務(wù)需求和現(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(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套地面自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀。 論文按設(shè)計(jì)順序，先對(duì)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(duì)開(kāi)發(fā)完成的地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行性能特點(diǎn)的分析，指出下一步該做的研究工作。 第一章 地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀的現(xiàn)狀 目前中國(guó)氣象局開(kāi)展的地面氣象監(jiān)測(cè)要素包括云、能見(jiàn)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、蒸發(fā)、輻射、日照、地溫、凍土、電線(xiàn)積水和地面狀態(tài)。本研究?jī)H對(duì)能實(shí)現(xiàn)地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)的儀器進(jìn)行研究。在功能齊全和性能 穩(wěn)定方面，與國(guó)際上同類(lèi)產(chǎn)品基本一致，都能滿(mǎn)足氣象要素檢測(cè)的要求，國(guó)內(nèi)研發(fā)出的儀器具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，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(shì)都是往數(shù)字化、智能化、集成化發(fā)展。 主要特點(diǎn)： 風(fēng)速測(cè)量范圍大，風(fēng)向測(cè)量精度高，尤其適合沿海、高山等高強(qiáng)風(fēng)地區(qū)。 具有 4 個(gè)報(bào)警風(fēng)速點(diǎn)。 裝有串行通訊接口，配有本公司開(kāi)發(fā)的微機(jī)專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理軟件，儀器使用更方便，操作更直觀。 自動(dòng)進(jìn)行 4 個(gè)風(fēng)速點(diǎn)（自設(shè)、 20m/s、 24m/s、28m/s）的報(bào)警，定時(shí)自動(dòng)打印大風(fēng)組報(bào)、加密報(bào)。 顯示和設(shè)置時(shí)間，顯示和設(shè)置大風(fēng)報(bào)警風(fēng)速，顯示瞬時(shí)風(fēng)向風(fēng)速、當(dāng)前二分鐘、十分鐘平均風(fēng)速和最大 風(fēng)向；當(dāng)天最大風(fēng)速風(fēng)向和發(fā)生時(shí)間，當(dāng)天的極大風(fēng)速風(fēng)向和發(fā)生時(shí)間，當(dāng)天整點(diǎn)十分鐘平均風(fēng)速合計(jì)?？呻S時(shí)顯示 2 個(gè)月內(nèi)任一天任意整點(diǎn)的風(fēng)向風(fēng)速，任一天最大風(fēng)速風(fēng)向及發(fā)生時(shí)間，極大風(fēng)速風(fēng)速及發(fā)生時(shí)間。打印輸出的月報(bào)表與氣表 1 格式相同。 SJ1 型虹吸式雨量計(jì) SJ1 虹吸式雨量計(jì)用于氣象臺(tái)連續(xù)自動(dòng)記錄大氣中的液體降水量，降水起止時(shí)間和降水強(qiáng)度。 主要技術(shù)指標(biāo)：盛水口內(nèi)徑 200+，將于強(qiáng)度 ，鐘筒轉(zhuǎn)一周 26hr，記錄誤差177。 5min,尺寸 350x1182mm，重 量 17kg。 主要技術(shù)參數(shù)：測(cè)量范圍 35~+45℃，準(zhǔn)確度小于177。 DHJ1 型自動(dòng)濕度計(jì) DHJ1 型自動(dòng)濕度計(jì)用于氣象臺(tái)站、國(guó)防、部隊(duì)、科研、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、教學(xué)、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室、檔案等有關(guān)部門(mén)用來(lái)連續(xù)記錄地面某一段時(shí)間內(nèi)空氣相對(duì)濕度變化的 儀器。 5%RH，記錄周期 26h(日記 DHJ1)、 176h（周記 DHJ11），外形尺寸 334x233x195mm，重量小于 3kg。該儀器適用于氣象臺(tái)站、科研、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室等有關(guān)部門(mén)。 ,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。該儀器適用于氣象臺(tái)站、軍事、海運(yùn)、航空、環(huán)保等部門(mén)氣象探測(cè)需要。 國(guó)外地面氣象監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)狀 國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家在氣象監(jiān)測(cè)方面使用的地面氣象儀器也存在一些差異，其中美國(guó)、德國(guó)和芬蘭的產(chǎn)品在性能技術(shù)上代表當(dāng)今世界的先進(jìn)水平。因?yàn)槠鋬r(jià)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(guó)內(nèi)還沒(méi)有廣泛應(yīng)用。 其標(biāo)準(zhǔn)配置主要包括如下各部分：風(fēng)速傳感器、風(fēng)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(pán)。具有 128KB 的存儲(chǔ)容量。 WS16 模塊化氣象站 WS16 模塊化氣象站是美國(guó)一家公司的產(chǎn)品，是一種操作簡(jiǎn)便的，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄多種氣象參數(shù)的系統(tǒng)。其傳感器指標(biāo)如表 12。 VAISALA 公司自動(dòng)氣象站的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VIII 代表系列是 MAWS 系列，目前在全球的大多數(shù)國(guó)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。 自動(dòng)氣象站可以根據(jù)用戶(hù)的不同需要增減 傳感器的種類(lèi)和數(shù)量，實(shí)際操作簡(jiǎn)便?；緷M(mǎn)足世界各國(guó)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要。在裝備使用的機(jī)動(dòng)性、操作的便捷性、維修的快捷性、惡劣環(huán)境的適應(yīng)性等方面都做得比較好。這是因?yàn)閲?guó)外自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu)、傳感器和軟件等都是針對(duì)當(dāng)?shù)氐木唧w情況設(shè)計(jì)的，并不完全符合我國(guó)的實(shí)際槍口。目前國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)國(guó)情，主要表現(xiàn)在價(jià)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。 根據(jù)中國(guó)氣象局第二代地面自動(dòng)觀測(cè)站的功能規(guī)格書(shū)要求，地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀的發(fā)展應(yīng)具有以下特點(diǎn)： a、 高新技術(shù)的應(yīng)用 本研究充分運(yùn)用最先進(jìn)的氣 象傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和氣象探測(cè)技術(shù)的集成。 b、產(chǎn)品統(tǒng)一系列化 注重各氣象要素探測(cè)系統(tǒng)集成，僅能單氣象要素能獨(dú)立探測(cè)，更加注重多種氣象要素的綜合探測(cè)，能統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集成，未來(lái)的地面氣象監(jiān)測(cè)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。 d、性能價(jià)格比高 在重視高新技術(shù)含量的儀器開(kāi)發(fā)同時(shí)，注重適當(dāng)價(jià)格器件的選項(xiàng)，開(kāi)發(fā)并生成出適合我國(guó)國(guó)情的儀器產(chǎn)品，滿(mǎn)足現(xiàn)代氣象探測(cè)業(yè)務(wù)的需要。 b、控制氣象儀器質(zhì)量 地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)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。要嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)，提高氣象監(jiān)測(cè)儀的質(zhì)量，滿(mǎn)足氣象業(yè)務(wù)的指標(biāo)要求。規(guī)范不能落后于現(xiàn)代化地面氣象監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展的步法，這樣才能更加規(guī)范和指導(dǎo)氣象儀器的研發(fā)，促進(jìn)發(fā)展。氣象研究的投入一方面依靠市場(chǎng)利益驅(qū)動(dòng)外，同時(shí)更需要政府的強(qiáng)有力支持，特別是 重點(diǎn)課題的公關(guān)和大型氣象裝備的研制，都需要上級(jí)主管部門(mén)的組織和政府資金的支持。 本論文提出研究的背景 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外自動(dòng)氣象站現(xiàn)狀的分析可以看到，目前我國(guó)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)站能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)的儀器絕大部分都是單個(gè)要素進(jìn)行，集成度低，盡管?chē)?guó)內(nèi)的自動(dòng)氣 象站基本能滿(mǎn)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。 按照中國(guó)氣象局第二代自動(dòng)氣象開(kāi)發(fā)功能規(guī)則書(shū)要求，第二代自動(dòng)氣象站基于現(xiàn)代總線(xiàn)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建，采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并遵循標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它由硬件和軟件兩大部分組成。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站進(jìn)行不同的配置，以實(shí)現(xiàn)不同觀測(cè)任務(wù)或滿(mǎn)足不同類(lèi)別氣象觀測(cè)站的需要，以最大限度的方便維護(hù)和降低維護(hù)成本。 本論文通過(guò)對(duì)微處理器 80C320 和大規(guī)模集成接口電路的研究，設(shè)計(jì)出地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)的硬件方案，給出相應(yīng)的原理圖。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(xiě)出能自動(dòng)進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)采集、處理、傳送、存儲(chǔ)和輸出的應(yīng)用程序。 b、具體硬件電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行電路布設(shè) 合理性分析。 d、對(duì)研制出來(lái)的地面自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀性能進(jìn)行分析。在論文第二章里