基于单片机的便携式气象仪设计
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1、-目录设计总说明IIntroductionV第1章绪论11.1 研究的背景11.2 国外研究现状11.3 课题研究的容和意义2第2章系统方案选择与论证32.1 设计要求32.2 总体设计方案32.3 各模块方案选择和论证3主控制器模块3风向风速测量模块4温度测量模块6气压测量模块9定位模块10无线通信模块112.4 系统各模块的最终方案确定11第3章系统硬件设计123.1 系统核心控制单元AT89C52123.2 系统电源的设计133.3 系统数据的采集133.3.1 测温模块电路设计133.3.2 湿度模块电路设计153.3.3 风向风速模块电路设计163.3.4 气压模块电路设计173.4
2、 单片机与传感器连接电路设计183.5 分频电路设计203.6 通信模块电路设计213.6.1 GPS简介213.6.2 GPRS模块简介223.7 显示单元的设计243.8 独立键盘模块设计26第4章系统软件设计274.1 软件设计概述274.2 温度传感器模块的软件设计274.2.1 DS18B20的的初始化274.2.2 单片机与DS18B20的通信284.2.3 DS18B20部构造294.2.4 读取温度值304.3 模数转换模块的软件设计314.4 通信模块的软件设计324.3.1 串口工作方式1介绍324.3.2 GPS模块软件设计334.3.3 GPRS模块软件设计344.5
3、显示模块的软件设计344.6 Proteus仿真36第5章总结38参考文献39附录A 原理图40附录B 程序及注释41致53. z-设计总说明气候对于人类的劳作、生活的影响是显而易见的，良好的气候能给人带来高效的工作效率、舒适的休闲环境，但是恶劣的气候却常常给人导致难以承担的后果。 众所周知，我国的气象灾害是十分频繁的，各种恶劣的气象灾害，如干旱、台风、寒潮等等，对个人来说，工作、生活甚至生命平安受到了严重影响；对国家来说，农业、渔牧业的生产活动乃至于经济开展都受到了威胁。由于一直遭受着恶劣气候带来的严重后果，我国对气象事业投入了大量的时间、金钱、人力物力，希望能够增强对恶劣气候的预知水平及防
4、能力。其中，气象仪的研究、开展、应用是必不可少的。目前，我国投入使用了大量的气象站，分布在全国各个省市，全面掌控着我国气象的变化，对我国的气象事业发挥了重要的作用。但是一些环境恶劣、偏僻的地点，比方沙漠、山区、海岛等人员难以驻扎的地方却成了我国气象监测的盲点。这时，能自动发送气象数据的便携式气象仪就应运而生。本文先简单说明了气侯检测的重要性、国外气象检测技术的研究成果以及本课题研究的主要容及其意义，其中分析了当前气象的检测所有的一些问题及开展方向，得出开展便携式、高性能的气象仪的迫切性。之后对各个测量模块的芯片使用或传感器进展选择与论证，分析各个芯片或传感器的优缺点，然后对便携式气象检测仪的设
5、计方案进展总体概述。本系统是以单片机为系统核心，控制各个测量气象的传感器，将传感器等测得的数据通过液晶显示，另外，本设计拥有无线通信模块，既可以通过GPS得到当前的地理位置和标准时间，也能通过GPRS发送所有的气象数据。关于系统的主控制器模块，最终采用单片机AT89C52作为系统的核心控制器，在各种各样的单片机中，AT89C52本身相当于一部微型的计算机，各种部件集成在一块芯片上。AT89C52具有高性能、低功耗的特点，有8K的可以编程的程序存储器。以上种种，使得AT89C52在大量嵌入式系统电路设计中被广泛的应用。电源模块是采用两节12V干电池为整个系统供电，但系统有的模块需要用到5V，4.
6、3V电压驱动，所以为了整个系统的正常工作，必须对12V的电压进展DC-DC变换。本系统使用了芯片LM1084-5.0，输入端直接接上12V电压，在输出端即可得到5V的电压，然后再串联一个硅二极管即可得到4.3V的电压。测温模块本系统使用的是DS18B20，它是一种数字式温度传感器，只有3个引脚需要连接，其中两根分别接电源正极和负极，剩下的一个引脚可直接与单片机的I/O相连，事实上，它与单片机连接的只有一根线，单片机对它的所有操作，都是通过这根线来执行的，所以又说，DS18B20是一种单总线器件。单片机都是通过这根线向其写入指令，比方跳过ROM操作指令，温度转换指令，读取温度指令等等，之后就能通
7、过这根总线读取它的温度了。风向风速测量模块所用的是TF*系列风速风向一体传感器，它将风向与风速测量器件集成到了一起。大大缩减了体积，这是它其中的优势所在，其中风向测量局部是尾翼式设计，而风速测量局部则是经典的三杯式设计，当传感器感受到风时，它会将其中的风向及风速信息转换成电压或电流信号通过输出，经过AD芯片转换后接到单片机的I/O口上。 气压模块使用PTH501紧线螺母接头压力传感器/变送器，它的量程是01150MPa)，由于本系统是气象仪，而一个标准大气压是101.325kPa，所以在此选用01MPa的量程即可到达要求。它能将检测到的气压输出为电信号，而且当外界气压变化，电信号也能随之线性变
8、化，同风向风速传感器一样，它也需要经过AD转换接到单片机的I/O口上。湿度模块本系统所使用的是RH10，它的部有一湿敏元件，这种元件的原理是湿敏电阻或湿敏电容的值会随着湿度变化而变化。RH10的湿敏元件是电容式，它使用了先进的半导体厚膜技术，整体附在一片非常小的玻纤板上，长13mm，宽7mm，厚度为0.2mm，由此可见它的体积非常小，当RH10的湿敏元件感受到空气中湿度的变化，它所输出的相应电压或电流信号也会随之线性变化。根据本系统的设计，所用的传感器除了DS18B20以外，其他传感器件输出的信号都是420mA电流信号。单片机与模拟输出型的传感器连接模块主要分为两局部，其中之一为电流电压转换模
9、块，这个模块的主要作用是将4-20mA的电流信号转换为电压信号再接到AD转换芯片的输入端。本系统所用的运放是LM324，通过电路设计，得到0.84.0V的电压信号。第二个局部则是AD/模数转换局部，本系统所使用的芯片是ADC0809，它允许8位模拟量分时间输入，使用同一个AD转换器转换。ADC0809有3位地址输入线，用于选通8位模拟输入中的一路，而本设计只有4个传感器需要进展AD转换，所以8位模拟输入完全够用。. z-分频模块使用的芯片是74HC74，为什么要分频.这是因为ADC0809在正常进展模数转换时，需要在它的CLOCK引脚，即时钟脉冲输入端输入时钟频率不高于640KHz时钟脉冲。则
10、从哪得到时钟脉冲.我注意到单片机在正常工作是在其ALE引脚会输出1/6晶振频率的脉冲信号，因为使用晶振的频率是12MHz,所以在单片机的ALE引脚输出的就是2MHz的时钟脉冲，如果能再对它四分频的话，就能得到500KHz的脉冲信号，这个信号完全能满足模数转换的要求。通信模块也分为两局部，第一局部的GPS模块，这一模块使用的器件是GR-87，它是一个完整的卫星定位接收器，用来接收一些定位信息，而本系统只需要接收有关经纬度以及标准时间的信息，具体实现方法会在软件局部详细介绍；第二局部则是GPRS模块，本系统使用的是SIM300C，SIM300C是SIM公司推出的一种三频/四频GSM/GPRS解决方
11、案，通过它，可以将测得的气象数据发送到手机上。SIM300C与单片机之间也是通过串口通信的，单片机主要通过AT指令对其进展控制。现在，又出现了一个问题，那就是AT89C52单片机只有一个串行口，而GR-87与SIM300C与单片机都是使用串口通信，所以，本系统使用了芯片CD4053来完成串口的复用，CD4053是数字控制模拟开关，它极低的导通阻抗和极低的截止漏电流。显示模块使用的是LCD1602液晶显示器，它的体积很适宜，不会显得大而臃肿，但能满足系统的显示要求。另外，它的耗电量很低，显示的字符也很清晰，不会出现闪烁的问题。LCD1602通过8位数据口与单片机的I/O连接，单片机就是通过这8位
