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基于DSP的小型气象站的硬件设计方案
时间:2021-08-17 01:38点击量:


本文摘要:概要:针对大气参数测量的拒绝与测量方法,融合DSP的工作原理,研究了DSP在大气参数测量系统的应用于。明确提出了一种测量大气参数的设计,通过硬件设计和软件设计,融合DSP研发调试环境,设计出能测量风向、风速、大气温度、大气湿度和大气气压等大气参数的小型气象站。通过对设计的样机展开测试,在大气参数的测量范围、分辨率和精度方面基本符合小型气象站的拒绝。 由于DSP自身的优点,使得设计的小型气象站还具备便携性、功耗较低、动态测量和抗干扰能力强劲等特点。

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概要:针对大气参数测量的拒绝与测量方法,融合DSP的工作原理,研究了DSP在大气参数测量系统的应用于。明确提出了一种测量大气参数的设计,通过硬件设计和软件设计,融合DSP研发调试环境,设计出能测量风向、风速、大气温度、大气湿度和大气气压等大气参数的小型气象站。通过对设计的样机展开测试,在大气参数的测量范围、分辨率和精度方面基本符合小型气象站的拒绝。

由于DSP自身的优点,使得设计的小型气象站还具备便携性、功耗较低、动态测量和抗干扰能力强劲等特点。  0章节  用来展开大气参数测量的小型气象站普遍应用于气象服务、大气实验、通信和农业等领域,测量的大气参数主要还包括风速、风向、大气湿度、大气温度和大气压力等。

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由于大气参数的自身特点,使得小型气象站在便于装载、动态测量、功耗和抗干扰能力等方面的有较高的拒绝。在数字信号处理器(digitalsignalprocessor,DSP)经常出现之前,小型气象站主要是以MCS51单片机为核心的数据采集和处置系统,面临大量的气象数据,单片机数据较慢处置能力的严重不足曝露了出来,而DSP因为其自身的硬件结构使得它需要较慢展开数据处理,填补了单片机的严重不足。基于DSP的小型气象站是融合了DSP的工作原理、大气参数的测量方法和小型气象站的自身特点而明确提出的一种新的设计,需要展开大气参数的动态测量,并具备了功耗较低、便携性好和抗干扰能力强劲的特点。

  1气象站工作原理和硬件框图  展开大气参数测量的气象站主要由传感器、信号调理电路、DSP系统和电源模块4部分构成,如图1右图。    由于所测的大气参数都所谓电量,而测量结果是创建在对电信号展开处置获得,所以,在气象站中针对每一个大气参数都使用了适当的传感器展开非电量到电量的切换。  传感器的输入因为其工作原理有所不同而有所不同,本文根据实际自由选择的传感器设计了有所不同的信号调理电路,对传感器的输入有针对性的展开滤波,I/V转换,脉冲稳幅和电压缩放等有所不同形式的调理,使得传感器的输入经信号调理电路之后符合DSP芯片上A/D转换器的输出仿真电压的范围或者I/O端口的电平拒绝。

  DSP系统由DSP芯片,DSP外围废黜电路、振荡电路、废黜电路和串行通信口构成。DSP系统主要展开模拟量输出地下通道自由选择,A/D切换,信号处理,对气象站其他组成部分的掌控以及和上位机展开串行通信。  电源模块为DSP系统和气象站其他组成部分获取平稳的直流电力。  2传感器与信号调理电路  2.1风速传感器与信号调理电路  风速体现了大气的流动程度,具备相当大的随机性。

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小型气象站常用于测量将近地面风速,测量范围为1~60m/s,分辨率为0.5m/s,精度为5%。根据风速测量的特点和拒绝,本文搭配了红外光电开关式风速传感器和脉冲幅值平稳调理电路来构建把风速转换成单位时间脉冲输入个数的任务,原理图如图2右图。    在距离风轮中心为r的方位镌刻一个遮阳块,在风造就风轮以中心轴线为中心转动时,风轮每转动一周,遮阳块经过红外光源和红外探测器所在的水平线上一次。

当遮阳块经过红外光源和红外探测器所在的水平线时,红外光源收到的光被遮阳块挡住,无法太阳光在红外探测器上,红外探测器输入一个脉冲电流,风速v与单位时间内电流脉冲个数N呈圆形正比关系。  信号调理电路把红外探测器输入的黯淡电流展开缩放后展开I/V转换,然后,再对电压脉冲的幅值展开稳幅处置后送到DSP系统,展开数据处理。  2.2风向传感器与信号调理电路  在风向测量中,使用了仪器电位器式传感器把风向变化转换成电阻变化,电阻与风向符合正比例关系,然后,经过直流四臂电桥切换电路再行把电阻变化转换成电压变化,由于电压较为小,所以,还必须利用缩放电路缩放到A/D转换器所能辨别的电压范围,然后,经多路选择器后转入A/D转换器构建模数转换,切换后的结果转入DSP系统。

  风向测量原理框图如图3右图。    本设计搭配了Metone公司的020C型电位器式风向传感器,该传感器的测量范围为0~360,精度为2,分辨率为0.2。

020C型电位器式风向传感器有一个可调较轻的机翼形风向标,它必要和一个仪器电位器连接,对应于0~360的风向,输入电压为0~5V,经电压调理电路之后,可必要转入DSP系统展开A/D切换。


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