简易自动气象观测站设计2

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1、1系统方案选择与论证气象观测站是一个十分精密的系统，既需要符合规范的硬件设计，也需要配以合适的软件系统。从硬件方面来看，气象站主要由微机处理系统、传感器系统、显示系统三部分组成。其中，传感器系统在整个系统当中显得尤其重要，只有传感器足够灵敏，监测出来的数据才能足够的准确。从软件方面来看，编写程序可以使用的语言有多种选择，但是为了编写方便以及后期调试修改，本设计使用C语言进行程序编写。1.1设计要求本设计主要研究基于51单片机的实施大气环境各个参数的监测，主要研究内容有：（1）实时监测大气环境的温度、湿度变化情况；（2）实时监测大气环境的压强、风速

2、变化情况；（3）实时监测降雨量的变化；研究的难点在于整个系统能够稳定的工作，各个监测模块能够长期稳定的运行，且互不干扰。整个系统能够相对精确的及时采集相应的数据，并且能够直观的观察。对于监测出来的数据，要使得精确度维持在一定的范围，温度、湿度的监测误差不能超过10%，风力、降水量的监测误差不能超过20%。1.2方案选择针对本次设计，查阅了相关的资料后，我提出了一下两个方案：方案一：采用集成化的WS600-UMB气象传感器，一步完成各个气象要素检测的设计。此传感器带有可应用于环境测量的数字接口，能够实现对六大基本气象要素的监测，但是其成本高，硬件电

3、路设计复杂，对处理器的要求高，用普通的51单片机无法带动运转，不能做到简易的要求，制作出来的产品不便于携带。方案二：采用模块化设计，将几个要求监测的气象要素分别下放到各个模块，分别采用相应的简易传感器，可便于后期的升级改造，使用51单片机作为处理器，每个模块配置一个小型显示器，元器件易于获取，设计制作简便，产品便携。综合以上两个方案，为了达到节省成本、产品便携等特点，本设计将采用方案二。1.3方案论证方案二将采用单片机STC89C51作为信息处理核心，在实际设计中，根据需求，增加一定的元件。系统中的51单片机用于接收并处理来自各个传感器的信号，通

4、过程序运算得出气象参数，最终在液晶显示屏上显示出来。针对实际的使用环境，本设计还添加了时钟功能，方便记录员在记录相关数据的时候对应上时间。气象站供电方面，本设计采用5V直流电源供电。本系统实现一种基于单片机的气象信息采集系统（即简易气象观测站），整个系统的功能模块如下图2-1所示：单片机主控系统温度，湿度数据采集系统电子时钟系统实时监测风速变化系统实时大气压强检测实时监测水位变化计算出降雨量图2-1简易自动气象站系统框图方案二设计的自动气象站主要实现以下几个功能：（1）利用相关的传感器模块，实时采集设计要求中的五个气象要素，并将采集到的信号传送给

5、STC89C51单片机进行处理；（2）C51单片机根据接收到的信号，经过程序运行，处理相关信号，实时将处理完成的信号转换成相应的参数显示到液晶屏上；（3）时钟显示。根据实际使用的情况，增加一个时钟。同时时钟还有断电运行的功能，保证时间准确。时间显示系统是由ds1302时钟芯片构成的，并提供备用电池供电，以确保整个系统在断电后开机时间还能标准显示；使用DHT11数字温湿度传感器进行温湿度的检测，这个传感器精度高，采集数据准确，获得的信号不需要进行模数转换，因为芯片本身已经含有了校准的数字信号输出，电路设计十分简洁；用BMP085数字气压传感器进行气

6、压数据采集，获得数据精度高，可以通过I2C总线直接与各种微处理器相连接，较适合用于本系统；降雨量（水位）的监测由较为简单的模拟电路组成，主要由低功率失调电压双比较器LM393构成。实际即为将监测到的雨滴转换为电压，与参考电压进行比较从而输出比较结果；风速的监测使用霍尔元件通过检测齿轮所转圈数，由程序进行相应的处理从而得知齿轮转速，通过数学计算转换得到风速。以上所有采集的数据都经过单片机处理转换后由相应的LCD直观的显示出相应的数据。1硬件选型与简介简易自动气象观测站系统设计所涉及到的知识众多，使用到众多不同的硬件，比如单片机、传感器、时钟芯片等，

7、不同的硬件选择，对最终系统的完成具有不同的影响，下面对这些硬件的选型进行简单讨论。1.1STC89C51单片机单片机的选型对于整个系统设计制作具有决定性的作用，单片机选型合适，整个单片机应用系统就会经济可靠；选型不合适，又会造成资源浪费，影响系统运行正常，甚至达不到原先的设计要求。本设计使用的单片机要符合以下几点要求：（1）芯片所具备的功能要略大于设计需要，功能实现要通过芯片完成；（2）经过市场检验的产品，性能稳定，不易出错；能够被二次开发，配备相应的开发工具、仿真调试说明等。（3）在规定的技术指标范围内，单片机能正常运行，不影响系统正常；综合各

8、模块电路设计的技术要求，本设计使用51单片机作为数据处理核心，根据系统设计中各种硬件对电压、数据处理、信号读写等要求，选型为STC89C