基于单片机的便携式气象仪设计

2目录设计总说明..............................................................IIIntroduction............................................................VI第1章绪论..............................................................11.1研究的背景........................................................11.2国内外研究现状....................................................11.3课题研究的内容和意义..............................................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..............................................32.3.1主控制器模块.................................................32.3.2风向风速测量模块.............................................42.3.3温度测量模块.................................................62.3.5气压测量模块.................................................92.3.7定位模块....................................................102.3.8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AT89C52.........................................123.2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.................................................2133.6.1GPS简介....................................................213.6.2GPRS模块简介...............................................223.7显示单元的设计...................................................253.8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.........................................274.2.1DS18B20的的初始化..........................................274.2.2单片机与DS18B20的通信.....................................284.2.3DS18B20内部结构............................................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.........................................324.3.2GPS模块软件设计............................................334.3.3GPRS模块软件设计...........................................344.5显示模块的软件设计...............................................354.6Proteus仿真.....................................................37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致谢..........................................................................................................................................58II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、生活甚至生命安全受到了严重影响；对国家来说，农业、渔牧业的生产活动乃至于经济发展都受到了威胁。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范能力。其中，气象仪的研究、发展、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，比如沙漠、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、国内外气象检测技术的研究成果以及本课题研究的主要内容及其意义，其中分析了当前气象的检测所有的一些问题及发展方向，得出发展便携式、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行选择与论证，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计方案进行总体概述。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，4.3V电压驱动，所以为了整个系统的正常工作，必须对12V的电压进行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。III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，比如跳过ROM操作指令，温度转换指令，读取温度指令等等，之后就能通过这根总线读取它的温度了。风向风速测量模块所用的是TFX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，其中风向测量部分是尾翼式设计，而风速测量部分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0~1~150（MPa)，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0~1MPa的量程即可达到要求。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，它的内部有一湿敏元件，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内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内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4~20mA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部分，其中之一