基于单片机的气象监测仪设计 - 图文

武汉理工大学毕业设计（论文）

新一代自动气象站能够进入世界一流的行列。

按照中国气象局第二代自动气象开发功能规则书要求，第二代自动气象站基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建，采用了国际标准并遵循标准、开放的技术路线进行设计，它由硬件和软件两大部分组成。硬件包括采集器、外部总线、传感器、外围设备四部分；软件包括嵌入式软件、业务软件两部分。为了实现自动气象站进行不同的配置，以实现不同观测任务或满足不同类别气象观测站的需要，以最大限度的方便维护和降低维护成本。

1.5本论文的主要研究工作

本论文所设计的地面自动气象监测仪采用INTEL公司生产的低功耗CMOS微处理器80C320芯片作为中央处理器，配以NEC公司生产的低消耗CMOS并行接口芯片82C55，实现对多种要素气象传感器进行控制和数据采集，并通过GPRS无线数据传输技术，将气象数据传回到气象信息中心服务器。

本论文通过对微处理器80C320和大规模集成接口电路的研究，设计出地面自动气象监测仪系统的硬件方案，给出相应的原理图。硬件主要解决气象传感器、时钟芯片、LED显示、通信接口、硬件运行监控等与微处理器的接口电路设计，并对研制出来的地面气象监测仪进行气象数据采集。软件设计给出程序设计流程图，按照气象业务规范编写出能自动进行气象数据采集、处理、传送、存储和输出的应用程序。

主要工作内容包括:

a、需求调研，总体方案设计，根据系统需要进行硬件部件选定。 b、具体硬件电路设计，并进行电路布设合理性分析。 c、软件系统的软件设计。

d、对研制出来的地面自动气象监测仪性能进行分析。

1.6本论文的主要内容构成

本论文第一张叙述国内、外地面气象监测仪的现状和未来发展趋势，知道开发研究适合我国地面气象业务需求的气象监测仪的必要性，列出本论文要完成的主要工作。在论文第二章里，根据气象业务的需求，设计仪器硬件系统结构示意图，重点介绍单片机、存贮芯片的选型，详细介绍六种气象要素传感器的原理。在论文第三章设计各个分电路的方案，介绍电路原理图的设计和PCB电路板制作，展

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示仪器实物图。第四章分别介绍数据采集处理器软件各功能模块设计和计算机处理分析系统软件功能设计。最后对论文工作进行了总结，提出下一步需要研究的工作。

第二章 智能地面气象监测仪总体设计和部件选择

本文设计的地面气象监测仪以中国气象局地面观测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，采用当今成熟的、稳定的、先进的电子测量、数据传输和控制系统技术，设计基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建的自动气象站，满足地面气象观测多要素自动观测。它是一套能长期稳定运行无人值守的监测系统，全程记录各种气象要素数据及其出现的时间。它是一个数据采集系统，从各种气象传感器中自动采集气象信息。数据采集接口有RS232,A/D转换，脉冲等多种形式，方便各种不同型号、各类通信接口的气象传感器介入，数据可暂时存放在RAM芯片中，可记录1个月以上的气象数据，并且可实时传回到信息中心服务器中。采用CMOS数字电路技术，最大程度减少能耗，可使用市电220V或太阳能系统供电。

2.1 气象监测仪系统的总体设计

根据设计要求，地面自动气象监测仪由硬件和软件两大部分组成，其中硬件部分由单片机、总线接口电路、气象传感器、电源、时钟电路、显示电路、存储数据芯片和无线传送电路组成。硬件系统结构示意图如图2-1所示。

图2-1 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，

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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，通过无线通信模块GPRS DTU传回信息中心。

2.2气象监测仪单片机的选择与介绍

2.2.1单片机的选型

单片机的的选型是一件重要而费心的事情,如果单片机型号选择得合适,单片机应用系统就会得经济,工作可靠;如果选择得不合适,就会造成经济浪费,影响单片机应用系统的正常运行,甚至根本就达不到预先设计的功能。

对于已经设计好的单片机应用系统来说,它的技术要求和系统功能都应当十分明确.如果选择功能少的单片机,单片机应用系统就无法完成控制任务;但是如果选择的单片机功能过大,不但没必要,还会造成浪费。只要掌握和运用单片机正确选型的原则,就可以选择出最能适用于应用系统的单片机。 单片机芯片选型时,总的原则是:

1.“芯片含有功能或数量略大于设计需求”,设计需求尽可能用芯片完成； 2.“选大厂生产的、选供应量多的、选名牌的但要量保证。

单片机选型,应从单片机应用系统的技术性,实用性和开发性三方面来考虑. (1)技术性:要从单片机的技术指标角度,对单片机芯片进行选择,以保证单片机应用系统在一定的技术指标下可靠运行;

(2)实用性:要从单片机的供货渠道、信誉程序等角度，对单片机的生产厂家进行选择以保证单片机应用系统在能长期、可靠运行；

(3)可开发性：选用的单片机要有可靠的可以开发手段，如程序开发工具、仿真调试手段等。

结合各种系统电路设计的技术要求，本设计选用微处理器80C320芯片。

2.2.2 80C320单片机的硬件结构

2.2.2.180C320主要性能特点

1.兼容8051单片机汇编语言、管脚及其功能； 2.32个输入/输出端口，可位寻址； 3.3个16位定时器/计数器；256字节RAM; 4.寻址64kB ROM和64kB RAM;

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5.2个全双工串行口，可编程看门狗计数器；

6.实现4时钟/机器周期（8051为12），单指令周期不大于121ns； 7.最大工作时钟达33MHz，有内置的时钟振荡器； 8.低电压自动复位，13个中断源/6个外部中断。

2.2.2.2引脚定义和功能介绍

本论文设计电路将以40脚DIP（双列直插式）封装作例子介绍。其管脚配置如图2-2所示，40条引脚的功能描述见表2-1。

图2-2 80C320机芯片引脚配置图

在40个引脚中有2条专用于电源的引脚，2条外接晶振的引脚，4条控制或

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