基于单片机的气象监测仪的设计毕业设计.docx

基于单片机的气象监测仪的设计毕业设计.docx

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基于单片机的气象监测仪的设计毕业设计

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

近年来全球气候变暖，干旱、洪灾、高温天气、低温冰冻等极端天气频发，影响日趋广泛，为了遏制大气环境的进一步恶化和做好公共气象服务，首先要对大气中各种气象要素进行连续监测，获得基本的气象资料，再开展天气预报、气象信息、气候变化评估、气象科学研究和气象服务等研究工作，提高防灾减灾能力，做好应对气候变化的工作，是气象工作者的重要责任。

做好这些工作，核心是提高预报预测准确率，根本是增强防御和减轻气象灾害的服务能力，而地面气象监测仪提供的准确、可靠的观测数据，是提高预报预测准确率和服务能力的重要保证。

随着科学技术的不断发展，我国的气象监测仪已具有一定的研究、开发和生产能力。

本次设计针对上述的要求和现有的技术基础，采用当今成熟的微电子技术、稳定的、先进的电子测量，数据传输和控制系统技术，设计开发一套地面气象监测仪。

目前国内开展的地面气象监测要素包括:

云、能见度、天气现象、气压、空气温度空、气湿度、风速、风向、降水、雪深、雪压、蒸发、辐射、日照、地温、冻土、电线积水和地面状态。

能方便实现仪器自动监测的气象要素主要有能见度、气压、空气温度、空气湿度、风向、风速、降水、蒸发、辐射、日照和地温，其他的气象要素监测只能通过工人观测实现。

本次设计仅对能实现地面自动气象监测的仪器进行研究。

我国地面气象监测仪主要有常规地面人工监测仪器和地面自动气象站两大类。

在功能齐全和性能稳定方面，与国际上的同类产品基本一致，都能满足气象要素监测的需求，国内研发出的仪器具有明显价格优势，技术支持和售后服务良好，维护成本低。

气象仪器的趋势都是数字化、智能化、集成化发展。

国外一些发达国家在气象监测方面使用的地面气象仪器水平也存在一些差异，其中美国、德国和芬兰的产品在性能技术上代表当今世界的现今水平。

近年来，欧美等发达国家已经相继研发出集成度较高智能型的地面气象监测仪，并进入我国地面气象观测领域。

因为其价格昂贵，技术支持和售后服务得不到保证，维护成本高，所以目前在国内还没有广泛应用。

与国产自动气象站相比，国外的自动气象站和气象传感器具有如下特点：

（1）气象传感器技术先进，产品精确度和稳定性优越，除基本的传感器外，土壤和水的温度、太阳辐射、能见度、云等要素的传感器已经有成熟的产品出现。

（2）自动气象站可以根据用户的不同需求增减传感器的种类和数量，实际操作简便。

采用通用的数据传输格式，用户能自由配置数据的输出格式。

基本满足世界各国各种业务应用的需要。

（3）自动气象站采用良好的防护措施，能够适用于各种复杂环境。

（4）尽管国外自动气象站和传感器性能优越，但是通过进口自动气象站在中国长期运行的情况来看，其硬件和软件的使用不尽如人意。

这是因为国外自动气象站的结构、传感器和软件等都是针对当地的具体情况设计的，并不完全符合我国的实际情况。

在地面气象监测仪方面，正向高集成的综合地面观测方向发展，受困于技术原因，地面所有观测气象要素还不能全部实现自动观测。

目前国外一些发达国家已研发出技术先进集成度较高的产品，但不适合我国国情，主要表现在价格昂贵，技术支持和售后服务得不到保证，维护成本高。

针对这种情况，通过学习国外先进技术，研发既适合我国国情又尽可能与国际接轨的监测仪器，满足我国地面气象观测的要求。

地面气象监测仪的发展应具有以下特点：

高新技术的应用，产品同样系列化，适应性强，性能价格比高。

这也是我所设计地面气象监测仪所依托的参考条件和要求。

2、基本内容和技术方案

地面气象监测仪，要求能监测风向、风速、雨量、温度、湿度和气压等数据，监测仪包括传感器输入／输出、总线接口电路、单片机（即80C320微处理器）、电源电路、实时时钟电路、存储数据芯片和无线传送电路组成，其硬件系统结构示意图如图1-1所示：

图1-1硬件系统结构示意图

该气象监测仪主要采用单片机控制技术，80C320作为整个系统的主处理器，通过接口电路，从不同的气象传感器获取不同的气象要素，从时钟芯片读取时间数据，按照气象规范要求进行运算处理，将实时资料经驱动后由LCD显示器显示出来，方便现场阅读；同时将气象资料存放在本地数据存储器RAM中，另外气象资料按照气象编码要求进行编码后，通过无线通信模块GPRSDTU传回气象信息中心服务器。

地面气象监测仪主要包括传感器，数据采集、传输、处理等部分，其中最能决定自动气象监测仪性能的是气象要素传感器。

随着对气候变化研究的深入，这对各种传感器的精度和长期运行稳定性突出了更高的要求，这里简要的介绍下示意图中的传感器的作用。

传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器、雨量传感器器以及气压传感器。

温度传感器可以测量温度，湿度传感器可以用来测量湿度；风速风向传感器也是可以用来一起测量风速风向的；雨量计用来测量降雨量；大气压力传感器用来测量大气压。

3、进度安排

1~3周：

调研、查阅资料、结合毕业设计任务书，确定总体方案，完成开题报告；

4~6周：

熟悉单片机，根据气象仪器探测气象要素的需求，了解风向、风速、雨量、温度、湿度和气压传感器及其工作原理；翻译英文资料；

7~13周：

设计气象监测仪的原理图，绘制印制电路板图，并进行软件设计；

14~15周：

撰写论文；

16周：

答辩。

4、指导教师意见

指导教师签名：

年月日