1、 毕业设计（论文）题 目 基于单片机的气象监测仪的设计 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：杨濛2012 年 5 月 28 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描
2、等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在 10 年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名：年 月 日导师签名：年 月 日武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名 专业班级指导教师 工作单位 设计(论文)题目: 设计（论文）主要内容：要求完成的主要任务:（提示：要求学生设计的主要项目、具体内容、设计范围，所设计系统的具体结构及工艺要求；，还要指出对学生设计结果的检验要求，例如，是否要制作样机、是否要求有实验或实验方案，有软件设计的如何检查软件是否通过，设计是否达到要求的技术经济指标，最后还要说明学生撰写设计说明书时的一般或特殊的要求等
3、。）必读参考资料：指导教师签名 系主任签名 院长签名(章) 附件 6武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）近年来全球气候变暖，干旱、洪灾、高温天气、低温冰冻等极端天气频发，影响日趋广泛，为了遏制大气环境的进一步恶化和做好公共气象服务，首先要对大气中各种气象要素进行连续监测，获得基本的气象资料，再开展天气预报、气象信息、气候变化评估、气象科学研究和气象服务等研究工作，提高防灾减灾能力，做好应对气候变化的工作，是气象工作者的重要责任。做好这些工作，核心是提高预报预测准确率，根本是增强防御和减轻气象灾害的服务能力，而地面气象监测仪提供的准确、可靠的观测数据
4、，是提高预报预测准确率和服务能力的重要保证。随着科学技术的不断发展，我国的气象监测仪已具有一定的研究、开发和生产能力。本次设计针对上述的要求和现有的技术基础，采用当今成熟的微电子技术、稳定的、先进的电子测量，数据传输和控制系统技术，设计开发一套地面气象监测仪。目前国内开展的地面气象监测要素包括:云、能见度、天气现象、气压、空气温度空、气湿度、风速、风向、降水、雪深、雪压、蒸发、辐射、日照、地温、冻土、电线积水和地面状态。能方便实现仪器自动监测的气象要素主要有能见度、气压、空气温度、空气湿度、风向、风速、降水、蒸发、辐射、日照和地温，其他的气象要素监测只能通过工人观测实现。本次设计仅对能实现地面
5、自动气象监测的仪器进行研究。我国地面气象监测仪主要有常规地面人工监测仪器和地面自动气象站两大类。在功能齐全和性能稳定方面，与国际上的同类产品基本一致，都能满足气象要素监测的需求，国内研发出的仪器具有明显价格优势，技术支持和售后服务良好，维护成本低。气象仪器的趋势都是数字化、智能化、集成化发展。国外一些发达国家在气象监测方面使用的地面气象仪器水平也存在一些差异，其中美国、德国和芬兰的产品在性能技术上代表当今世界的现今水平。近年来，欧美等发达国家已经相继研发出集成度较高智能型的地面气象监测仪，并进入我国地面气象观测领域。因为其价格昂贵，技术支持和售后服务得不到保证，维护成本高，所以目前在国内还没有
6、广泛应用。与国产自动气象站相比，国外的自动气象站和气象传感器具有如下特点：(1)气象传感器技术先进，产品精确度和稳定性优越，除基本的传感器外，土壤和水的温度、太阳辐射、能见度、云等要素的传感器已经有成熟的产品出现。(2)自动气象站可以根据用户的不同需求增减传感器的种类和数量，实际操作简便。采用通用的数据传输格式，用户能自由配置数据的输出格式。基本满足世界各国各种业务应用的需要。(3)自动气象站采用良好的防护措施，能够适用于各种复杂环境。(4)尽管国外自动气象站和传感器性能优越，但是通过进口自动气象站在中国长期运行的情况来看，其硬件和软件的使用不尽如人意。这是因为国外自动气象站的结构、传感器和软
7、件等都是针对当地的具体情况设计的，并不完全符合我国的实际情况。在地面气象监测仪方面，正向高集成的综合地面观测方向发展，受困于技术原因，地面所有观测气象要素还不能全部实现自动观测。目前国外一些发达国家已研发出技术先进集成度较高的产品，但不适合我国国情，主要表现在价格昂贵，技术支持和售后服务得不到保证，维护成本高。针对这种情况，通过学习国外先进技术，研发既适合我国国情又尽可能与国际接轨的监测仪器，满足我国地面气象观测的要求。地面气象监测仪的发展应具有以下特点：高新技术的应用，产品同样系列化，适应性强，性能价格比高。这也是我所设计地面气象监测仪所依托的参考条件和要求。2、基本内容和技术方案地面气象监
8、测仪，要求能监测风向、风速、雨量、温度、湿度和气压等数据，监测仪包括传感器输入输出、总线接口电路、单片机（即 80C320微处理器）、电源电路、实时时钟电路、存储数据芯片和无线传送电路组成，其硬件系统结构示意图如图 1-1 所示：图 1-1 硬件系统结构示意图该气象监测仪主要采用单片机控制技术，80C320 作为整个系统的主处理器，通过接口电路，从不同的气象传感器获取不同的气象要素，从时钟芯片读取时间数据，按照气象规范要求进行运算处理，将实时资料经驱动后由 LCD 显示器显示出来，方便现场阅读；同时将气象资料存放在本地数据存储器 RAM 中，另外气象资料按照气象编码要求进行编码后，通过无线通信
9、模块 GPRS DTU 传回气象信息中心服务器。地面气象监测仪主要包括传感器，数据采集、传输、处理等部分，其中最能决定自动气象监测仪性能的是气象要素传感器。随着对气候变化研究的深入，这对各种传感器的精度和长期运行稳定性突出了更高的要求，这里简要的介绍下示意图中的传感器的作用。传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器、雨量传感器器以及气压传感器。温度传感器可以测量温度，湿度传感器可以用来测量湿度；风速风向传感器也是可以用来一起测量风速风向的；雨量计用来测量降雨量；大气压力传感器用来测量大气压。3、进度安排1 3 周： 调研、查阅资料、结合毕业设计任务书，确定总体方案，完成开题报告；4 6
10、 周： 熟悉单片机，根据气象仪器探测气象要素的需求，了解风向、风速、雨量、温度、湿度和气压传感器及其工作原理；翻译英文资料；7 13 周：设计气象监测仪的原理图，绘制印制电路板图，并进行软件设计；1415 周：撰写论文；16 周： 答辩。4、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）目录摘要 .ABSTRACT .绪论 .11 结构设计与方案选择 .21.1 基于 Internet 的现代传动远程控制系统结构 .21.2 方案选择 .21.2.1 远程通信方案的选择 .21.2.2 变频器与计算机串行通信方案的选择 .22 硬件设计 .32.1
11、 单机控制 .32.1.1 硬件配置 .32.1.2 控制框图 .32.2 多机控制 .32.3 远程控制 .3结束语 .25致谢 .26参考文献 .27附录 1 变频器参数设定程序代码 .28附录 2 VC 程序源代码 .29武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）I摘要近年来全球气候变暖，干旱、洪灾、高温天气、低温冰冻等极端天气频发，影响日趋广泛，为了遏制大气环境的进一步恶化和做好公共气象服务，首先要对大气中各种气象要素进行连续监测，获得基本的气象资料，再开展天气预报、气象信息、气候变化评估、气象科学研究和气象服务等研究工作，提高防灾减灾能力，做好应对气候变化的工作，是气象工
12、作者的重要责任。做好这些工作，核心是提高预报预测准确率，根本是增强防御和减轻气象灾害的服务能力，而地面气象监测仪提供的准确、可靠的观测数据，是提高预报预测准确率和服务能力的重要保证。这就体现出了地面自动气象监测仪设计的重要性。本文首先讲述了题目来源，阐述了国内外在地面气象监测方面的研究状况，以中国气象局第二代自动气象站做研究对象，并简要概括了设计的任务和研究手段。这样，对整个设计系统就有了初步的认识。本文接着对地面自动气象监测仪的初步框架进行设计，并对一些软件和硬件方案进行了选择。在此基础上，又进一步详细介绍了该控制系统的硬件组成和软件框架。在硬件设计，将构成硬件系统的气象传感器、数模转换电路
13、、电源电路、时钟电路以及存储电路等进行了详细的说明；在软件设计方面，把各个程序的模块流程图给出了详细的展示，之后，本文就地面自动气象监测仪设计的特点，进行了归纳与总结。最后感谢了给予我极大帮助的导师、爱人、家人以及同学。关键词：气象监测仪 气象传感器 控制电路 模块流程图武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）IIABSTRACTIn recent years, the global climate warming, drought, floods, high temperatures, low temperature freezing frequent extreme weat
14、her, the impact of increasingly widespread, in order to curb the atmospheric environment further worsening 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 we
15、ather 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 wor
16、k, 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 t
17、he importance of the design of automatic weather monitoring.The paper first describes the origin, elaborated the domestic and foreign research status of ground meteorological monitoring, to Chinese Meteorological Bureau second generation automatic weather station as the object of study, and summariz
18、es 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 co
19、ntrol system hardware and software framework. In the hardware design, the hardware system of meteorological sensor, digital-to-analog conversion circuit, power supply circuit, a clock circuit and a memory circuit in detail; in the aspect of software design, each module of the program flowchart is gi
20、ven 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
21、 chart绪论人类的活动都是在地球表面的大气层进行，表层空气质量的好坏，直接影响人类的武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）III身体健康。社会城市化和工业化进程的加速，不同程度造成大气质量变坏；特别是今年来全球气候变暖，干旱、洪灾、高温天气、低温冰冻等极端天气频发，影响日趋广泛，为遏制大气环境的进一步恶化和做好公共气象服务，首先对大气中各种气象要素进行连续监测，获得基本的气象资料，再开展天气预报、气象信息、气候变化评估、气象科学研究和气象服务等研究工作，提高防灾减灾能力，做好应对气候变化的工作，核心是提高预报预测准确率，根本是增强防御和减轻气象灾害的服务能力，而地面自动监测
22、仪观测系统提供的准确、可靠的观测数据，是提高预报预测准确率和服务能力的重要保证。随着科学技术的发展，我国的地面自动监测仪已具备一定的研究开发能力。本论文针对上述业务需求和现有的技术基础，采用当今成熟的微电子技术、稳定的、先进的电子测量、数据传输和控制系统技术，设计开发一套地面自动监测仪。本论文开展对国内外气象监测仪器的现状调查，以中国气象局地面观察站规范和中国气象局第二代自动气象站开发功能规格书要求为指导，根据我国实际气象业务的需求，指出新一代地面自动气象监测仪应该具有的功能特点，结合现代最近电子探测技术、数据传输和控制系统技术，设计基于 CAN 总线的嵌入式系统技术，实现自动连续监测，满足地
23、面多气象要素自动观测的需要。论文按设计顺序，先对硬件设计进行详细分析，再叙述软件的功能模块，最后对开发完成的地面自动气象监测仪进行性能特点的分析，指出下一步该做的研究工作。本论文来源于武汉理工大学本科生毕业设计课题，论文选题符合目前中国气象局第二代自动气象站发展的方向，具有很好的先进性和应用价值。第一章 地面自动气象监测仪的现状目前中国气象局开展的地面气象监测要素包括云、能见度、天气现象、气压、空气温度、空气湿度、风速、风向、降水、雪深、蒸发、辐射、日照、地温、冻土、电线积水和地面状态。能实现仪器自动监测的气象要素有能见度、气压、空气温度湿度、风向、风速、降水、蒸发、辐射、日照和地温，其他气象要素监测只能通过人工观测实现。本研究仅对能实现地面自动气象监测的仪器进行研究。1.1 国内地面气象监测仪现状我国地面气象监测仪主要有常规地面人工检测仪器和地面自动气象站两大类。在功能齐全和性能稳定方面，与国际上同类产品基本一致，都能满足气象要素检测的要求，国内研发出的仪器具有明显的价格优势，技术支持和售后服务良好，维护成本低。目前气象系统使用常规地面气象仪器有 EN2 型测风数据处理仪，SJ1 型虹吸式雨量计，DWJ1
