气象要素采集器
摘要：该气象要素采集器是以pt100热敏电阻（测温传感器）和ZQZ-TF（测风传感器）为传感器的信号采集端，将温度、风速和风向信号转换成电压信号，再经ADC0809转换成数字信号并由单片机系统读取；单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理，并转换成与温度相对应的数字信号，最后再由液晶显示器显示输出温度值，键盘/显示采用串行接口芯片ZLG7289。
关键词：单片机 气象要素 传感器
在工业领域，气温、气压、风、湿度、云、降水等是被关注的几项气象要素参数，其中最广泛的还是温度、风向和风速的测量，随着电子技术、计算机技术的飞速发展，对现场温度、风速和风向的测量精度要求也越来越高。
气象要素采集器是对多路模拟电压信号进行测量、转换的电子设备，是模拟、数字电路的混合产品。它的基本功能是将不易检测的气象变量转为易测的电量，进而转为易于计算的数字量。这里主要介绍用51系列8bit单片机采集器中的数字量计算功能，这些计算包括适时采样气象参数，对参数分类进行平均值计算及定时时间计算等。这里重点介绍的是气象中温度、风速和风向平均值的计算方法。
测温传感器有很多种，本设计用的传感器是pt100铂热电阻。其材料要求有大的、稳定的温度系数，线性好，性能稳定，便于生产（铜、铂、镍）。特点：测温精度较高，范围广（-200℃～600℃），稳定性、重复性好，但热惯性大，灵敏度低。结构：热电阻是由电阻体、绝缘套管和接线盒等主要部件组成的，电阻丝是热电阻的最主要部分。
测风传感器也有多种，这里介绍的是ZQZ-TF型测风传感器，它是由风速传感器和风向传感器组成。风杯由特种工程塑料注塑成型，风向标尾翼板用重量轻、强度高、刚性好且在高温条件下成型的非金属材料制造。适用于测量近地面层的大气水平风速、风向和温度。本传感器具有动态特性好、线性好、精度高、灵敏度高、抗风强度大、测量范围宽、互换性好、电路寿命长、工作可靠、抗雷电干扰能力强等多种优良性能。
气象三要素的采集均是由单片机以及相应的电路完成。单片机具有体积小，价格便宜以及控制功能强等特点，因此在自动检测、数据采集及控制以及家用电器等领域中得到了广泛的应用。由于对单片机应用系统的技术要求各不相同，因此设计方法和研制步骤不完全相同。和一般的微型计算机应用系统的研制过程类似，单片机应用系统的设计也包括了从提出任务、定型生产到投入使用的过程。这一开发过程包括系统的总体方案论证、系统设计、硬件与软件开发、目标样机的调试等。本文用80C51单片机自制了一个温度、风向和风速的控制系统，重点介绍了该系统的硬件结构及编程方法。现场温度、风向和风速分别经温度传感器和测风传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机将其所得数据通过单片机进行存储并显示在数码管上。本系统的测温范围为-50℃～50℃，风速范围为0～60m/s，风向范围为0～360°。
本设计的气象要素采集器的温度信号采集端是以pt100热敏电阻为传感器的，将温度变化信号转换成采样电路电压变化信号；风速信号采集端是用ZQZ-TF型测风传感器，将流速信号转变为电信号,以上两者经ADC0809进行模数转换，风向传感器则是由风向组件随风向旋转带动主轴及码盘一同旋转，经D/A电路转换输出电压，三者之输出电压经单片机80C51进行数据处理，并在LED数码管上实时跟踪显示。键盘/显示采用串行接口芯片ZLG7289，硬件简单，数据处理进行多次采集取平均值的方法，贴近实际，实用性强！
毕业设计说明书目录
1 引言 ………………………………………………………………………………… 1
2 方案论证 …………………………………………………………………………… 11
2.1方案一： ……………………………………………………………………… 12
2.2方案二： ……………………………………………………………………… 12
3 各电路设计 …………………………………………………………………………13
3.1 pt100采样调理电路 …………………………………………………………… 13
3.2风速采集电路 …………………………………………………………… 17
3.3风向采集电路 …………………………………………………………… 18
3.4放大电路 …………………………………………………………… 23
3.5 A/D转换电路的设计 …………………………………………………………… 24
3.6键盘显示电路的设计 …………………………………………………………… 27
3.7中央处理单元设计 …………………………………………………………… 30
4 软件设计 …………………………………………………………………………… 33
4．1程序流程图 …………………………………………………………………… 33
4．2程序 …………………………………………………………………………… 38
5 软硬件系统的调试 ………………………………………………………………… 44
5．1 硬件系统的调试 …………………………………………………………… 44
5．2 软件系统的调试 …………………………………………………………… 45
参考文献
[1]李朝青，《单片机原理及接口技术》（简明修订版），杭州：北京航空航天大学出版社，1998
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