小型氣象監(jiān)測系統(tǒng)

1、電子信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名：信號(hào)監(jiān)測與處理題 目： 小型氣象監(jiān)測系統(tǒng) 類 別： 【設(shè)計(jì)】 班 級(jí)： BX1105 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 評(píng)語：學(xué)習(xí)態(tài)度：【很好】 【一般】 【較差】 程序編寫：【完整】 【部分完整】 【不完整】得出結(jié)論：【正確】 【部分正確】 【不正確】報(bào)告書寫：【規(guī)范】 【一般】 【不規(guī)范】成績： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間：2012年6月8日 批閱時(shí)間： 年 月 日1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求現(xiàn)通過傳感器設(shè)計(jì)一款既能測量溫濕度也可同時(shí)測量風(fēng)速風(fēng)向的設(shè)備，可服務(wù)于生產(chǎn)、生活的眾多領(lǐng)域。2設(shè)計(jì)應(yīng)用背景現(xiàn)在社會(huì)高度發(fā)達(dá)，氣象狀況變化萬千，氣象監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警工程對(duì)于保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生產(chǎn)生活有重要

2、意義，氣候狀況對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響也越累越顯著，人們需要實(shí)時(shí)了解當(dāng)前的氣象狀況。風(fēng)速、風(fēng)向以及溫度濕度測量是氣象監(jiān)測的一項(xiàng)重要內(nèi)容。該氣象監(jiān)測系統(tǒng)通過各類風(fēng)速風(fēng)向溫度濕度傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行匯總分析，并傳輸?shù)浇K端平臺(tái)?？梢赃_(dá)到無人監(jiān)管，數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸，更加省時(shí)省力方便快捷。3難點(diǎn)分析難點(diǎn)：1.該系統(tǒng)如果采用有線傳輸，并且測量較遠(yuǎn)的氣象環(huán)境時(shí)，會(huì)需要較多線纜才能檢測到數(shù)據(jù)。如果采用無線傳輸則會(huì)隨著測量距離的原理數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)更大誤差。解決方案：1.測量近距離的氣象情況，或者通過GPRS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離高精度傳輸。4實(shí)施方案4.1原理分析與實(shí)施方法方案一：風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)圖如下圖4-1。圖4-1風(fēng)

3、速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)圖風(fēng)速風(fēng)向儀原理：風(fēng)向、風(fēng)速儀用于測量瞬時(shí)風(fēng)速風(fēng)向，具有自動(dòng)顯示功能。主要由支桿，風(fēng)標(biāo)，風(fēng)杯，風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器組成，風(fēng)標(biāo)的指向即為來風(fēng)方向，根據(jù)風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速來計(jì)算出風(fēng)速。內(nèi)置或外接各種進(jìn)口原裝傳感器，采用微功耗單片機(jī)對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并將采集的數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)不易失存儲(chǔ)器內(nèi)。風(fēng)向風(fēng)速儀由微處理器和高動(dòng)態(tài)特性的測風(fēng)傳感器組成。風(fēng)向、風(fēng)速傳感器為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)式傳感器,感應(yīng)距地面11m 處的空氣流動(dòng),對(duì)空氣流動(dòng)速度及方向進(jìn)行檢測及光電轉(zhuǎn)換,并進(jìn)行數(shù)字量化、時(shí)間平均、存儲(chǔ)等處理,再通過系統(tǒng)的通信設(shè)備及路由傳輸至室內(nèi)氣象觀測工作站。室內(nèi)數(shù)據(jù)處理工作站(DPU) 計(jì)算并作出一個(gè)2 分鐘平均風(fēng)速風(fēng)向

4、報(bào)告,依據(jù)傳感器5 秒的風(fēng)數(shù)據(jù),產(chǎn)生陣風(fēng)和不定風(fēng)向的報(bào)告,并對(duì)應(yīng)于跑道方向及側(cè)垂方向進(jìn)行矢量風(fēng)的分解。風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)圖風(fēng)速傳感器原理風(fēng)速與脈沖頻率的轉(zhuǎn)換公式為: V (m/ s) = 011f (Hz) 即每10 個(gè)脈沖為1m/ s 的風(fēng)速量。風(fēng)速傳感器主要指標(biāo)為: 電源為DC12V ,啟動(dòng)風(fēng)速 015m/ s ,使用環(huán)境- 40 度 + 50 度(0100 %RH)風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件是三杯風(fēng)組件，由三個(gè)碳纖維風(fēng)杯和杯架組成。轉(zhuǎn)換器為多齒轉(zhuǎn)杯和狹縫光耦。當(dāng)風(fēng)杯受水平風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過活軸轉(zhuǎn)杯在狹縫光耦中的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出頻率的信號(hào)。風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)圖風(fēng)向傳感器工作原理風(fēng)向傳感器主要依據(jù)風(fēng)標(biāo)方位及

5、其產(chǎn)生的格雷碼對(duì)照進(jìn)行檢測。6 位格雷碼有64 個(gè)方位,檢測時(shí)選擇典型方位(如0、90、180、270) 所對(duì)應(yīng)的格雷碼判斷檢測。由格雷碼制對(duì)應(yīng)表可知,四個(gè)典型方位與其格雷碼對(duì)應(yīng)關(guān)系為:0(360) 00000090 110000180 101000270 011000風(fēng)向傳感器的變換器采用精密導(dǎo)電塑料電位器，當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化，尾翼轉(zhuǎn)動(dòng)通過軸桿帶動(dòng)電位器軸芯轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在電位器的活動(dòng)端產(chǎn)生變化的電阻信號(hào)輸出。風(fēng)向傳感器的變換器為碼盤和光電組件。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過軸帶動(dòng)碼盤在光電組件縫隙中的轉(zhuǎn)動(dòng)。產(chǎn)生的光電信號(hào)對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)風(fēng)向的格雷碼輸出。溫濕度工作原理：溫濕度測量是采用AM2301數(shù)字溫濕

6、度傳感器，這是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件(AM2303采用DS18B20測溫度)，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。每個(gè)傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形

7、式可根據(jù)用戶需求而提供。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。AM2303數(shù)字式溫濕度傳感器輸出數(shù)據(jù)格式：DATA濕度數(shù)據(jù)高位濕度數(shù)據(jù)地位溫度數(shù)據(jù)高位溫度數(shù)據(jù)低位校驗(yàn)和測溫度原理圖圖4-2 DS18B20工作原理框圖DS18B20工作原理：DS18B20的讀寫時(shí)序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖2-6-1所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器

8、2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。濕敏元件：濕度變化 電容變化 電壓變化 輸出電量 收集數(shù)據(jù)HS1101 在電路中相當(dāng)于一個(gè)電容器件，它的電容量隨著所測空氣濕度的增加而增大，為了能將電容的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變

9、化，我們?cè)O(shè)計(jì)了振蕩電路、消除零點(diǎn)電容影響電路、整流路、積分電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、放大電路等工作原理圖濕度檢測振蕩電路圖振蕩電路的作用是將電容的變化量轉(zhuǎn)化為頻率可變的方波?；蚍情TG1 工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，把它的輸出電壓直接連接到或非門G2 的輸入端。G2即可得到一個(gè)介于高低電平之間的靜態(tài)偏置電壓，從而使G2 的靜態(tài)工作點(diǎn)也處于電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)上。反饋環(huán)路中電容使電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩。由于電容充放電的時(shí)間T 為2.2RC，所以輸出的方波頻率f=1/2.2RC，可見輸出頻率和電容值成反比。通過這個(gè)電路使?jié)穸刃盘?hào)變?yōu)殡娙葜?，最后變?yōu)轭l率信號(hào)輸出。線性輸出信號(hào)調(diào)整電路濕度的脈沖信號(hào)再

10、經(jīng)過后面的二極管整流、RC積分電路，得到隨溫度變化的電壓。由于信號(hào)比較微弱，再經(jīng)過一個(gè)同向比例放大器把信號(hào)放大，最終把信號(hào)調(diào)理為03的輸出。方案二： 360平面全風(fēng)向風(fēng)速傳感器： 360平面全風(fēng)向風(fēng)速傳感器，它通過多孔壓力測試技術(shù)可以測量正負(fù)180范圍內(nèi)氣流，極大地?cái)U(kuò)大了可測量的范圍。并且可以與計(jì)算機(jī)通過無線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，以方便數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。這樣的儀器工作可靠，精度較高，維護(hù)方便，并適合使用頻繁的場合。該系統(tǒng)可以經(jīng)過改進(jìn)封裝使其適用于更多的場合，比如實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)控，非定常流測量，橫風(fēng)校準(zhǔn)儀（用于坦克、火炮等的彈道校準(zhǔn)）和教學(xué)科研中的流動(dòng)測量。 系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。系統(tǒng)硬件可以分為模

11、型、壓強(qiáng)傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、無線模塊和上位機(jī)用戶平臺(tái)六部分。六個(gè)模塊相互對(duì)應(yīng)，共同完成數(shù)據(jù)從采集、轉(zhuǎn)換、處理、存儲(chǔ)和向上位機(jī)傳輸和顯示的功能。系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)控制軟件和上位機(jī)平臺(tái)。 圖1 系統(tǒng)框圖 圖2 圓柱俯視圖 模型模塊為一圓柱，8個(gè)測壓孔均布于圓柱某一平面。如下圖：該模型為流體力學(xué)中的經(jīng)典模型：圓柱繞流，測量原理基于七孔探針。七孔探針可測量氣流偏角為78的大偏角流動(dòng)，測試精度為1%，并且可以得到空間流場某點(diǎn)的總壓、靜壓。我們利用七孔探針測量大流動(dòng)角下的總壓、靜壓及方位角的原理，重新組織公式得到了適合我們使用的公式，并且進(jìn)行了精度的驗(yàn)證。結(jié)果證明我們的公式是有足夠的精度的

12、，能夠滿足工程測量的要求。修正后的公式如下：圖3 根據(jù)上述兩個(gè)公式擬合得曲線 對(duì)上圖進(jìn)行曲線擬合，則可得到該參考大氣壓下的實(shí)驗(yàn)公式。由壓強(qiáng)傳感器模塊輸出的信號(hào)經(jīng)過+1.5V電壓偏置后接至MSP430的A/D通道，等待數(shù)據(jù)處理。與此同時(shí)，PC通過編寫好的軟件控制A/D轉(zhuǎn)換的開始，模擬電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)處理之后通過AD1602液晶顯示速度及風(fēng)向，并將數(shù)據(jù)經(jīng)RS232接口通過無線模塊傳輸至PC。PC終端將數(shù)據(jù)處理后記錄，方便進(jìn)一步的研究。3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 無線傳輸模塊選用了APC220，該模塊是高度集成半雙工微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其嵌入高速單片機(jī)和高性能射頻芯片ADF7

13、020-1。APC220模塊能夠透明傳輸任何大小的數(shù)據(jù)，而無須編寫復(fù)雜的設(shè)置與傳輸程序，同時(shí)小體積寬電壓運(yùn)行，較遠(yuǎn)傳輸距離，應(yīng)用非常廣泛。液晶模塊我們選用了1602字符液晶，它是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符，正好滿足了我們顯示速度及方向的需求。傳感器電路非本項(xiàng)目內(nèi)容，在此不便使用，其余電路均采用常見的電路，故在此省去。4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)程序流程圖：圖5 程序流程圖溫濕度傳感器： DHT11是廣州奧松有限公司生產(chǎn)的一款濕溫度一體化的數(shù)字傳感器。該傳感器包括一個(gè)電阻式測濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。通過單片機(jī)等微處理器簡單的電路連接就能夠?qū)?/p>

14、時(shí)的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機(jī)之間能采用簡單的單總線進(jìn)行通信，僅僅需要一個(gè)I/O口。傳感器內(nèi)部濕度和溫度數(shù)據(jù)40Bit的數(shù)據(jù)一次性傳給單片機(jī)，數(shù)據(jù)采用校驗(yàn)和方式進(jìn)行校驗(yàn)，有效的保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。DHT11功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流0.5mA。性能指標(biāo)和特性如下： 工作電壓范圍：3.5V-5.5V 工作電流 ：平均0.5mA 濕度測量范圍：2090RH 溫度測量范圍：050 濕度分辨率 ：1RH 8位 溫度分辨率 ：1 8位 采樣周期 ：1S 單總線結(jié)構(gòu) 與TTL兼容（5V） Vcc 正電源 DHT11封裝結(jié)構(gòu)Dout 輸出NC 空腳GND 地工作原理圖管腳分配圖

15、兩個(gè)方案都是將傳輸出來的數(shù)據(jù)匯總到單片上進(jìn)行處理，通過單片機(jī)傳輸?shù)浇K端系統(tǒng)上。4.2兩套方案的選擇與比較方案一，具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性，品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高。溫濕度測量儀單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。風(fēng)速風(fēng)向儀由風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器組成。 1、 風(fēng)向部分：由風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)向度盤（磁羅盤）等組成，風(fēng)向示值由風(fēng)向指針在風(fēng)向度盤上的位置來確定。 2、風(fēng)速部分：采用傳統(tǒng)的三環(huán)旋轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)，儀器內(nèi)的單片機(jī)對(duì)風(fēng)速傳感器的輸出頻率進(jìn)行采樣、計(jì)算，最后儀器輸出瞬時(shí)風(fēng)速

16、、一分鐘平均風(fēng)速、瞬時(shí)風(fēng)級(jí)、一分鐘平均風(fēng)級(jí)、平均風(fēng)速及對(duì)應(yīng)的浪高。 成本： 溫濕度傳感器AM2303,濕度精度+-2%RH;溫度精度+-0.2，價(jià)格22元/只. 風(fēng)速風(fēng)向儀裸機(jī)1900元，風(fēng)速傳感器300元，風(fēng)向傳感器300元，共2522元。方案二，360平面全風(fēng)向風(fēng)速傳感器，無線模塊的作用范圍在10001200m，信號(hào)強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)源與信號(hào)接收端分離，減小由于采集裝置自身體積帶來的流場誤差，數(shù)據(jù)精度更高。傳感器、處理模塊、接收模塊三者分離，安裝簡便，實(shí)用性強(qiáng)，支持?jǐn)U展、改裝以及封裝。圓柱模型強(qiáng)度大，可在強(qiáng)風(fēng)下工作；8通道的模型理論精度高，支持高精度的實(shí)驗(yàn)，且遲滯效應(yīng)弱，任一方向的擾動(dòng)都能及時(shí)

17、地反應(yīng)在讀數(shù)上。采用的芯片都是工業(yè)級(jí)的設(shè)計(jì)，能在惡劣的環(huán)境下正常工作。 DHT11溫濕度傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。 成本： 方案一主要應(yīng)用在小型氣象，性價(jià)比極高，各方面都比較有優(yōu)勢；方案二主要應(yīng)用在航空航天，故要求極高，經(jīng)費(fèi)高，但精度極高，距離遠(yuǎn)。4.3涉及最終擬采用的方案

18、最終選擇方案一，作為本次研究方案。4.3.1傳感器選擇風(fēng)速風(fēng)向傳感器：光電傳感器：由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換 風(fēng)速傳感器WAA 15 是一種高響應(yīng)、低門限、三風(fēng)杯的光電型風(fēng)速計(jì),轉(zhuǎn)換器由裝接于風(fēng)速計(jì)轉(zhuǎn)軸上的齒盤組成,齒盤安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間并能隨軸轉(zhuǎn)動(dòng),光電耦合器裝于印制電路板上。轉(zhuǎn)盤有多個(gè)齒度,當(dāng)齒盤隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),發(fā)光管L ED 發(fā)射的光束被齒盤上的齒度切割,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。每個(gè)齒遮住光束時(shí)表現(xiàn)為低電平(

19、即0 態(tài)) ,軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,多次切割光束而輸出一高一低的脈沖信號(hào)。因此VASALA (WAA - 15) 和國內(nèi)仿制的風(fēng)速傳感器,均輸出頻率與風(fēng)速成正比的信號(hào)。傳感器使用DC12V 電源,風(fēng)速信號(hào)為時(shí)間軸上的12V 脈沖頻率信號(hào)。風(fēng)向傳感器也是光電型傳感器,由單風(fēng)標(biāo)、格雷碼盤、光電組件組成,紅外L ED 和光電三極管分別安裝于6 位格雷碼盤上下兩側(cè)的6 個(gè)窩型孔內(nèi)。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過其軸帶動(dòng)軸下端固定著的格雷碼盤,在光電組件的狹縫中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)放大整形后,輸出對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)風(fēng)向的幅度為12V的六位格雷碼(每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別,習(xí)慣上高電平為1 ,低電平為0) ,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)向

20、信號(hào)以516度的分辨率為步進(jìn)變化。測量范圍為0360,64 個(gè)方位。測量溫濕度傳感器：AM2301數(shù)字溫濕度傳感器：傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。傳感器參數(shù)：采樣周期: 次 大于2秒信號(hào)輸出: 單總線數(shù)字信號(hào)感測元件: 濕敏電容工作范圍: 濕度0-100%RH; 溫度-4080精度: 濕度精度 +-2%RH(Max +-5%RH);溫度精度 +-0.5分辨率: 濕度0.1%RH; 溫度 0.1重復(fù)性: 濕度+-0.5%RH; 溫度+-0.2遲滯: +-

21、0.3RH%穩(wěn)定性: +-0.5%RH/年互換性: 可完全互換響應(yīng)時(shí)間： 6S規(guī)格: 14*18*5.5mm測量范圍：風(fēng)速：060m/s 風(fēng)向：0360測量精度：風(fēng)速：0.4+(0.05x實(shí)際風(fēng)速)m/s 風(fēng)向：1測量分辨率: 風(fēng)速：0.2m/s 風(fēng)向：1啟動(dòng)風(fēng)速: 0.5m/s輸入電壓: DC18VDC24V輸出信號(hào)：雙路420mA傳輸距離: 300米4.3.2風(fēng)速風(fēng)向電路設(shè)計(jì) 三個(gè)互成120 度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個(gè)架子連同風(fēng)杯裝在一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)數(shù)器等記錄。當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過

22、主軸帶動(dòng)多齒轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使下面光敏三極管接收上面發(fā)光二極管照射下來的光線，處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，形成與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號(hào)，通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，換算后得到實(shí)際風(fēng)速值。圖 是風(fēng)速檢測的仿真圖，圖中RV2主要用于模擬風(fēng)速，通過D/A(DAC0832)轉(zhuǎn)換后再LCD1602A液晶顯示風(fēng)速。 風(fēng)速檢測電路 風(fēng)向傳感器的感應(yīng)組件為前端有輔助標(biāo)版的單板式風(fēng)向標(biāo)。本設(shè)計(jì)角度變化采用六位格雷碼光電碼盤。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過主軸帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)，沒轉(zhuǎn)動(dòng)一定度數(shù)，位于碼盤上下兩側(cè)的六組發(fā)光與接收光電器件就會(huì)產(chǎn)生一組新的六位并行格雷碼，經(jīng)過整形、倒相后輸出。圖 風(fēng)向檢測電路，圖中開關(guān)模擬6位格雷碼，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后

23、再數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的度數(shù)（及風(fēng)向方位），規(guī)定正東方為0度。 風(fēng)向檢測電路4.3.3溫濕度檢測電路設(shè)計(jì)AM2303數(shù)字式溫濕度傳感器，采用DS18B20作為溫濕度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由于是多個(gè)地方數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為了確定是哪個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，必須先讀取DS18B20的序列號(hào)（16位），如圖 所示，最后通過序列號(hào)確定是哪個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。圖 A、 B、C、D、為4個(gè)DS18B20,都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)處理，然后顯示相應(yīng)的結(jié)果，如圖 所示。 溫濕度檢測電路4.3.4優(yōu)缺點(diǎn)分析及成本優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)速風(fēng)向儀的特性：1.數(shù)據(jù)記錄儀全程跟蹤記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、記錄時(shí)間長。 2.記錄風(fēng)速風(fēng)向

24、的參數(shù)的變化，可以隨時(shí)記錄數(shù)據(jù)。3.記錄時(shí)間間隔可以在記錄儀應(yīng)用軟件上進(jìn)行設(shè)置，2秒至24小時(shí)任意可調(diào)，風(fēng)速風(fēng)向的變化隨著時(shí)間的變化而變化，監(jiān)測過程中風(fēng)速風(fēng)向的變化值實(shí)時(shí)保存在電腦的硬盤中，十分方便。AM2301數(shù)字溫濕度傳感器，這是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件(AM2303采用DS18B20測溫度)，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。每個(gè)傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)適用于氣象、能源、環(huán)保、農(nóng)林以及軍工等場所測量風(fēng)向風(fēng)速，濕度及溫度。本儀器體積小，重量輕，功能全，可廣泛用于 農(nóng)林、環(huán)保、海洋、科學(xué)考察等領(lǐng)域測量氣象的參數(shù)。缺點(diǎn)：目前還