便攜式氣象儀

本文研究了以單片機(jī)AT89S8252芯片為核心的便攜式數(shù)字氣象檢測儀，系統(tǒng)集成了溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速氣象參數(shù)的測量，其精度已經(jīng)達(dá)到并超過普通氣象測量的要求，通過系統(tǒng)機(jī)與測量單元的配合，將采集的數(shù)據(jù)顯示在LCD1602上，為未來氣象測量的小型化、實時化、便捷化與專業(yè)化提供了良好的應(yīng)用前景和堅實保證。首先，文中介紹了當(dāng)前國內(nèi)便攜式氣象檢測技術(shù)的研究動態(tài)，分析了現(xiàn)有氣象檢測系統(tǒng)存在的主要問題及發(fā)展方向，指出研制便攜式、高性能的集成化氣象檢測儀的必要性。其次，提出了便攜式氣象檢測儀系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，使該系統(tǒng)真正實現(xiàn)智能化，專業(yè)化。用智能溫溫度傳感器SHT10實現(xiàn)對溫度、濕度的檢測，將溫濕度信號通過傳感器進(jìn)行信號的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，采用EC9-1傳感器實現(xiàn)對風(fēng)向、風(fēng)速的檢測，再選擇單片機(jī)AT89S52芯片的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對基本氣象要素的測量和數(shù)據(jù)信息的現(xiàn)代化管理。最后，設(shè)計了該系統(tǒng)的控制測量硬件電路及相應(yīng)的軟件，經(jīng)試驗結(jié)果表明，所設(shè)計的便攜式氣象儀實現(xiàn)了系統(tǒng)的性能指標(biāo)和技術(shù)要求，具有高精度，靈敏度，便捷及價廉的特點，適合于在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：便攜：氣象儀；風(fēng)向；風(fēng)速；溫度；濕度；ABSTRACTThisresearchhastosingletabletsmachineAT89S8252chipforcoreofportabledigitalmeteorologicaldetectioninstrument,Systemintegratedhastemperature,andhumidity,andwind,andwindspeedmeteorologicalparameterofmeasurement,itsprecisionhasreachedandovergeneralmeteorologicalmeasurementofrequirements,throughsystemmachineandmeasurementunitoftie,willcollectionofdatadisplayedinLCD1602Shang,forfuturemeteorologicalmeasurementofminiaturization,andreal-timeof,andconvenientofandProfessionalprovideshasgoodofapplicationprospectsandsolidguarantee.Firstofall,hasdescribedcurrentresearchtrendsofdomesticportablemeteorologicaldetectiontechnology,analysisofexistingmainproblemsanddevelopmentdirectionofmeteorologicalmonitoringsystem,notedthatthedevelopmentofaportable,high-performanceintegratedmeteorologicalinstrumentationisnecessary.Second,theproposedoverallplandesignofaportablemeteorologicalinstrumentationsystems,makingthesystemtrulyintelligent,professional.SHT10implementationofintelligenttemperaturesensorfordetectionoftemperature,humidity,temperatureandhumiditysignalsignalacquisitionthroughsensorandconvertedtoadigitalsignal,usingEC9-1sensorfordetectionofwinddirection,windspeed,andthenselecttheAT89S52chipsbasedonsingle-chipmicrocomputer,realizingbasicmodernizationofmeteorologicalelementsmeasurementsanddatainformationmanagement.Finally,thedesignofthecontrolmeasurementsofthesystemhardwareandcorrespondingsoftwaretestresultsshowedthatportablemeteorologicalinstrumentdesignedtoachieveasystemofperformanceindicatorsandthetechnicalrequirements,withhighaccuracy,sensitivity,convenienceandpricecharacteristics,suitableforwideapplicationinvariousareas.Keywords:portable;meteorologicalinstruments;wind;wind;temperature,humidity;TOC\o"1-5"\h\z1、摘要12、緒論2\o"CurrentDocument"2.1選題背景與意義2\o"CurrentDocument"2.2課題研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3\o"CurrentDocument"3、總體設(shè)計4\o"CurrentDocument"3.1設(shè)計內(nèi)容43.2總體方案設(shè)計錯誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"3.3方案選擇43.3.1溫濕度傳感器的選擇63.3.2風(fēng)向風(fēng)速傳感器的選擇錯誤！未定義書簽。3.3.3顯示模塊的選擇4\o"CurrentDocument"4、系統(tǒng)的硬件選擇及設(shè)計10\o"CurrentDocument"4.1溫濕度傳感器SHT10104.1.1接口定義10SHT10的電路特性與時序圖11技術(shù)參數(shù)144.1.4傳感器特點124.2風(fēng)向風(fēng)速傳感器EC9-184.2.1風(fēng)速風(fēng)向傳感器EC9-19EC9-1的工作原理10EC9-1的硬件原理圖11EC9-1的實物圖12EC9-1的技術(shù)指標(biāo)13\o"CurrentDocument"4.3單片機(jī)選擇與介紹184.3.1AT89S52介紹214.3.2腳口介紹194.3.3主要性能204.4液晶顯示器LCD1602錯誤！未定義書簽。5、硬件模塊設(shè)計錯誤！未定義書簽。5.1溫濕度硬件模塊設(shè)計錯誤！未定義書簽。5.2風(fēng)向風(fēng)硬件速模塊設(shè)計錯誤！未定義書簽。6、軟件模塊設(shè)計錯誤！未定義書簽。6.1主程序流程圖錯誤！未定義書簽。6.2溫濕度模塊流程圖錯誤！未定義書簽。6.3風(fēng)速風(fēng)向模塊流程圖26

6.4顯示模塊流程圖....總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)27錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。27錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。緒論2.1選題的背景與意義背景：天氣預(yù)報對現(xiàn)代社會是很重要的。為了能夠準(zhǔn)確地預(yù)報天氣，很重要的環(huán)節(jié)就是測量和搜集大量的氣象數(shù)據(jù)、氣象資料。所以氣象儀是必不可少的。本設(shè)計——便攜式氣象儀，正是針對市場需要，為適應(yīng)小區(qū)域氣候監(jiān)測而設(shè)計的。而此設(shè)計將集成濕度、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)的測量，以實現(xiàn)一套能夠?qū)崟r記錄保存的便攜式氣象儀。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有設(shè)計便捷、成本低廉、性能良好等優(yōu)點，將向著方便簡易的方向發(fā)展。運(yùn)用氣象儀器進(jìn)行天氣測量，是正確預(yù)報天氣的必要手段。因此，氣象儀器和測量方法的提高和改進(jìn)，是天氣預(yù)報的關(guān)鍵。微控制技術(shù)的發(fā)展，已使傳統(tǒng)的氣象儀器儀表是“精密機(jī)械”的概念發(fā)生了深刻的變革，氣象儀器也朝著智能化、便攜式方向發(fā)展，高性能的單片機(jī)在自動化氣象儀中起著重要的作用。意義：便攜式氣象儀就是針對上述市場需求，為適應(yīng)小區(qū)域氣候監(jiān)測而設(shè)計的產(chǎn)品，可以廣泛用于局域氣候參數(shù)變化的及時測量，為各種生產(chǎn)生活活動提供及時的氣象信息。該系統(tǒng)集成了溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象參數(shù)的測量，其精度已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣象測量的要求，為未來氣象測量的小型化、實時化、便捷化，專業(yè)化提供了堅實保證，具有很強(qiáng)實用價值。2.2課題研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題基本內(nèi)容：本文研究一種基于無線傳輸?shù)谋銛y式氣象儀系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與處理。系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89S8252芯片為主要部件，利用各種傳感器檢測天氣數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度等要素的測量與顯示。其中要求：溫度范圍：-40?50°（精度在20°時土0.2。以內(nèi)）相對濕度：0?100%（精度在20°時±1%以內(nèi)）風(fēng)向風(fēng)速：0.4?75m/s（精度土0.17m/s）主要問題：1、要求溫度范圍：-40?50。（精度在20°時土0.2°以內(nèi)），相對濕度：0?100%（精度在20°時±1%以內(nèi)），由于要求溫濕度精度較高，范圍較大，是有待擬解決的主要問題。2、風(fēng)向風(fēng)速：0.4?75m/s（精度土0.17m/s），由于風(fēng)速風(fēng)向精度要求較高，則在選擇傳感器時是特別要注意的問題。3總體設(shè)計3.1設(shè)計內(nèi)容本文研究一種基于無線傳輸?shù)谋銛y式氣象儀系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與處理。系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89S52芯片為主要部件，利用各種傳感器檢測天氣數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度等要素的測量與顯示。其中測量溫濕度：用新型的智能集成溫溫度傳感器SHT10主要實現(xiàn)檢測溫度、濕度的檢測，將溫濕度信號通過傳感器進(jìn)行信號的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再運(yùn)用單片機(jī)AT89S52進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，為顯示電路提供信號。而測量風(fēng)向風(fēng)速：采用EC9-1系列動態(tài)性能測風(fēng)傳感器。EC9-1系列傳感器具有動態(tài)性能好、線性精度高、靈敏度高、測量范圍寬、互換性好、抗風(fēng)強(qiáng)度大等特點。3.2總體方案設(shè)計本設(shè)計是以單片機(jī)AT89S52作為核心處理器，整個系統(tǒng)為測量和顯示兩個部分，測量部分利用風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等傳感器采集氣象信息，轉(zhuǎn)化為電流信號，參數(shù)顯示在LCD液晶屏幕上。3.3方案選擇3.3.1溫濕度傳感器的選擇方案一：溫度傳感器選用DS18B20，DS18B20具有以下特點：(1)溫度傳感器DS18B20可編程的分辨率為9?12位，可實現(xiàn)高精度測溫(2)DS18B20在使用中全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)(3)溫度范圍一55°C?+125°C，在-10?+85°C時精度為±0.5°C(4)DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫(5)獨特的單線接口方式(6)負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。(7)測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力(8)適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0?5.5V濕度傳感器選用HS1101,HS1101具有以下特點：(1)精度：±2%RH(1?20%RH范圍)；(2)5VDC供電，0?20%RH典型輸出1?1.6VDC；(3)極好的線性輸出；(4)1--99%RH濕度量程；(5)-40到100攝氏度的溫度工作范圍；(6)響應(yīng)時間5秒；(7)濕度輸出受溫度影響極??；(8)高精度2%；(9)是基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)；(10)相對于同類產(chǎn)品價格極低；(11)適合用于低濕及露點測量需要的場合；(12)防腐蝕性氣體；(13)常溫使用無需溫度補(bǔ)償；(14)無需校準(zhǔn)；這兩個傳感器，在接入電路中，都需要A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而是單片機(jī)存儲采集到的數(shù)據(jù)。方案二：采用數(shù)字式溫濕度傳感器SHT10。開始選擇DS18B20和HS1101作為溫度和濕度測量元件，但是后來發(fā)現(xiàn)一個更好的傳感器，它既可以測量溫度又可以測量濕度，它是溫濕度傳感器SHT10。它包含相對濕度傳感器、溫度傳感器，所以把SHT10作為溫濕度檢測的一個整體。在測量中SHT10可以對相對溫濕度進(jìn)行自動校準(zhǔn)，可以準(zhǔn)確的測量溫濕度。SHT10的互換性好，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部參考源與外部器件。綜上所述，SHT10與溫度傳感器和濕度傳感器相比，方案二比方案一簡單、方便。比起方案一而言方案二低成本，內(nèi)部集成復(fù)雜，測量準(zhǔn)確，而且能夠提供數(shù)字輸出，簡化外部測量電路，精度高，適用廣泛的測量范圍，SHT10既可以測量溫度又可測量濕度，在本文中最合適用來測量溫濕度。因此，選擇SHT10作為此次設(shè)計中的溫濕度測量元件。3.3.2風(fēng)向風(fēng)速傳感器的選擇方案一：選擇EC21B型高動態(tài)性能測風(fēng)傳感器，它是三杯式，單尾翼型測風(fēng)傳感器，為了提高測風(fēng)傳感器的動態(tài)特性及耐腐蝕性等，風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)采用新一代新穎材料制成，風(fēng)杯為一體式。主要技術(shù)指標(biāo)測量風(fēng)速部分：測量范圍：0?40m/s分辨率：0.1m/s距離常數(shù)：2.7m抗風(fēng)強(qiáng)度：50m/s準(zhǔn)確度：±(0.5+0.03V)V—實際風(fēng)速起動風(fēng)速：＜0.5m/s輸出信號：RS485測量風(fēng)向部分：測量范圍：0?360°分辨率：5°(可選為：2.8125°,訂貨時說明)距離常數(shù)：1.0m抗風(fēng)強(qiáng)度：50m/s準(zhǔn)確度：±5°(可選為:±3°,訂貨時說明)起動風(fēng)速：＜0.5m/s阻尼比：0.4輸出信號：RS485電源和工作環(huán)境為電源：DC.5VEC21B風(fēng)向風(fēng)速傳感器的是單尾型，在選用風(fēng)向標(biāo)的結(jié)構(gòu)和造型上要考慮兩點:在小風(fēng)時能反應(yīng)風(fēng)速的變動，有良好的起動性能。具有良好的動態(tài)特性，能迅速準(zhǔn)確地跟蹤外界的風(fēng)向變化。方案二：選擇EC9-1系列的風(fēng)速風(fēng)向傳感器，由于EC9-1測量范圍為0?75m/s,而且EC9-1系列動態(tài)性能測風(fēng)傳感器具有動態(tài)性能好、測量范圍寬、互換性好、線性精度高、靈敏度高、抗風(fēng)強(qiáng)度大等特點。風(fēng)速傳感器EC9-1系列的感應(yīng)組件為三杯式風(fēng)杯組件，當(dāng)風(fēng)速大于0.4m/s時就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，它的信號變換電路為霍爾集成電路。EC9-1風(fēng)向風(fēng)速傳感器在水平風(fēng)力驅(qū)動下風(fēng)杯組旋轉(zhuǎn)，通過主軸帶動磁棒盤旋轉(zhuǎn)，它上面的數(shù)十只小磁體形成若干個旋轉(zhuǎn)的磁場，通過霍爾磁敏元件感應(yīng)出脈沖信號，其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增加。由于要求風(fēng)向風(fēng)速:0.4?75m/s(精度±0.17m/s)，EC21B測量范圍為：0?40m/s范圍不能達(dá)到要求，而EC9-1系列的風(fēng)速風(fēng)向傳感器可以達(dá)到，所以選擇方案二。3.3.3顯示模塊的選擇方案一：LED數(shù)碼管顯示，驅(qū)動方式分別為靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動編程簡單，顯示亮度高但是占用I/O端口多，在十幾應(yīng)用時必須增加譯碼器驅(qū)動進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)電路是最廣泛的顯示方式之一，其能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗低。LED數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。針對數(shù)碼管，其顯示單調(diào)不具備數(shù)據(jù)的直觀性。方案二：LCD1602液晶顯示，具有80個字節(jié)的RAM，標(biāo)準(zhǔn)的接口特性。具有64個字節(jié)的自定義字符RAM,具有字符發(fā)生器ROM可顯示192種字符（160個5'7點陣字符和32個5'10點陣字符）?？勺远x8個5'8點陣字符或四個5'11點陣字符。模塊結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、裝配容易，分辨率高，像素尺寸小。綜上所述，由于用數(shù)碼管顯示過于復(fù)雜，而且不直觀，而LCD1602液品顯示更為簡單、直觀。所以選擇LCD1602能夠把溫濕度與風(fēng)速風(fēng)向很直觀的顯示出來，能夠在設(shè)定閾值時更能簡潔明了，所以選擇LCD1602為顯示元件。4系統(tǒng)的硬件選擇及設(shè)計4.1溫濕度傳感器SHT10SHT10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMOSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有卓越的長期穩(wěn)定性與極高的可靠性。傳感器包括一個用能隙材料制成的測溫元件、一個電容性聚合體測濕敏感元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品抗干擾能力強(qiáng)、質(zhì)卓越、性價比高、響應(yīng)迅速快等優(yōu)點體積與火柴頭相近。每個傳感器芯片都在極為精確的恒溫室中進(jìn)行標(biāo)定，以鏡面冷凝式露點儀為參照。廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集器、暖通空調(diào)、變送器、汽車行業(yè)、計量測試、樓宇控制、電力機(jī)房、自動化過程控制、醫(yī)藥業(yè)。實體圖如圖4.1所示。圖4.1SHT10傳感器實體與接口圖4.1.1接口定義接口定義如表4.1所示。*4.1接口定義N引腳〉名稱描述」1PGNDP接地。2PDATA^P串行數(shù)據(jù)，雙向『3PSCKF串行時鐘，輸入口。VDDP電源］心心必須為空21

示：設(shè)計中使用的SHT10智能傳感器作為溫濕度檢測元件，溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊如圖4.2所圖示：設(shè)計中使用的SHT10智能傳感器作為溫濕度檢測元件，溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊如圖4.2所圖4.2溫濕度采集模塊SHT10電路特性，如高、低電平，輸入、輸出電壓等，都取決于電源。表.2詳細(xì)解釋了SHT10的電路特性，其中沒有標(biāo)明的，表示供電電壓為5V。如表4.2所示：

表4.2SHT10直流特性.即表示上拉電阻，皿指低電平輸出電部參數(shù)，條件『最小J典型J最大3單位」供電電源DC1O-2.3.所5.供電電流f測量狀態(tài)■0.加mAJ平均值1均家W即休眠狀態(tài)一0.所1.低電平輸出電壓，I0L<4mA^3矽250^mV】高電平輸出電壓4RP<259盼100%^VDDp低電平輸入電壓心下降啪20%矽VDDp高電平輸入電壓5上升『80%^100%^VDDp焊盤上的輸入電流f9加JLLA口輸出電流f開『9如mA!三態(tài)（關(guān)片20^有效時間依據(jù)SCK的時序。數(shù)據(jù)讀取的有效時間為前一個切換的下降沿。如圖4.3所示。圖4.3SHT10時鐘與數(shù)字信號的時序圖4.1.3技術(shù)參數(shù)

測量濕度范圍：0?100%RH測量濕度分辨率：0.03%RH測量濕度精度：±4.5%RH(20到80%RH)測量濕度復(fù)現(xiàn)性：±0.1%RH測量溫度范圍:-40?+123.8°C；測量溫度分辨率：0.01C測量溫度精度：±0.5C在25C時；±0.9C(0至040C)測量溫度重復(fù)性：±0.1C溫度響應(yīng)時間：＜20秒其溫濕度特性曲線如圖4.4所示。IU直工當(dāng)圖4.4溫濕度特性曲線4.1.4傳感器特點IU直工當(dāng)圖4.4溫濕度特性曲線（1）相對濕度和溫度一體測量（2）具有濕度傳感器元件的自檢測能力（3）精確露點測量（4）全量程標(biāo)定，無需重新標(biāo)定即可互換使用（5）優(yōu)化的長期穩(wěn)定性（6）兩線制數(shù)字接口（最簡單的系統(tǒng)集成，較低的價格）（7）高可靠性（工業(yè)CMOS工藝）（8）基于請求式檢測，因此低能耗（9）傳感器元件加熱應(yīng)用，亦可獲得極高的精度和穩(wěn)定性全量程標(biāo)定4.2風(fēng)速風(fēng)向傳感器的選擇與介紹4.2.1風(fēng)速風(fēng)向傳感器EC9-1EC9-1系列高動態(tài)性能測風(fēng)傳感器是由風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器和傳感器支架組成。EC9-1系列傳感器可分為EC9-1型、EC9-1I型、EC9-1A型。EC9-1型為合金鋁材料外殼。EC9-1I型為智能型測風(fēng)傳感器可通過RS-232或RS-485輸出風(fēng)向風(fēng)速的瞬時值（3s）、平均值（2min和10min）。EC9-1A型傳感器外殼體采取特種工程塑料制件，提高了其耐腐性能。EC9-1系列傳感器具有動態(tài)性能好、測量范圍寬、線性精度高、抗風(fēng)強(qiáng)度大、靈敏度高、互換性好等特點。EC9-1系列傳感器適用于氣象、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空、海港、環(huán)保、交通等部門測量水平風(fēng)參量的需要。4.2.2EC9-1的工作原理測風(fēng)傳感器由風(fēng)傳感器支架，風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器組成。風(fēng)傳感器支架除了用作固定風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器之外，還完成電纜的轉(zhuǎn)接。風(fēng)向傳感器指示風(fēng)的來向，用“度”這個計量單位進(jìn)行量度。風(fēng)速傳感器用來測出水平風(fēng)的大小，用“m/s”這個計量單位進(jìn)行量度。風(fēng)向傳感器工作原理

圖4.5格雷碼盤風(fēng)向傳感器的感應(yīng)元件為前端裝有輔助標(biāo)板的單板式風(fēng)向標(biāo)。角度變換采用七位格雷碼光電碼盤，如上圖4.5所示。格雷碼在進(jìn)行任意兩個相鄰的數(shù)轉(zhuǎn)換時，只有一個數(shù)位發(fā)生變化，因此大大的減少了有一種狀態(tài)到下一種狀態(tài)時邏輯的混淆，能夠可靠地進(jìn)行風(fēng)向的感應(yīng)和轉(zhuǎn)換。EC9-1風(fēng)向傳感器的格雷碼盤最外圈做了127等分，因此它最多可與感應(yīng)128個方向，風(fēng)向分辨率即2.8125°，其對應(yīng)方位、角度及格雷碼的編碼方式如表1所示。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時，通過主軸帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動2.8125°，位于碼盤上下兩側(cè)的七組發(fā)光與接收光電組件就會產(chǎn)生一組新的七位并行格雷碼，經(jīng)整形、倒相后輸出。如何轉(zhuǎn)換格雷碼如下表4.2所示：

13°0000001000000126°0000010000001138°00000110000010411°00001000000110514°00001010000111617°00001100000101720°00001110000100823°00010000001100925°00010010001101,表心格雷碼轉(zhuǎn)加00001111（2）風(fēng)速傳感器的工作原理:方位角度方位角度二進(jìn)制格雷碼風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件為三杯式風(fēng)杯，信號變換電路是霍爾集成電路。在霍爾磁敏元件中感應(yīng)出脈沖信號，其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增加。*&的工作電壓為+5彳伏。GND是連接地線的接頭。OUT數(shù)據(jù)輸出接口，它采用脈沖制計數(shù)方式，每秒內(nèi)來多少個脈沖，脈沖數(shù)除以10所得的數(shù)值就是瞬時風(fēng)速。例如，一秒鐘，讀到的脈沖數(shù)為75,那么這時的瞬時風(fēng)速為7.5m/s。風(fēng)速傳感器的工作過程相對比較簡單，Vcc接上+5伏工作電壓，水平風(fēng)吹動風(fēng)杯帶動風(fēng)速傳感器內(nèi)的磁棒盤轉(zhuǎn)動，當(dāng)碼盤上的小磁體剛好對著霍爾磁敏元件3144LU時,霍爾磁敏元件3144LU就導(dǎo)通，OUT端輸出低電平；風(fēng)杯再轉(zhuǎn)動，小磁體離開霍爾磁敏件3144LU，霍爾磁敏元3144LU就截止；OUT端輸出高電平；這樣就可以在OUT輸出端讀到一個脈沖。水平風(fēng)越大，單位時間內(nèi)讀的脈沖數(shù)越多。計算公式:V=0.1F。V:風(fēng)速,單位:m/s;F:脈沖頻率,單位:Hz風(fēng)向傳感器的感應(yīng)組件為前端裝有輔助標(biāo)板的單板式風(fēng)向標(biāo)。角度變換采用的是七位格雷碼光電碼盤。4.2.3EC9-1的硬件原理圖數(shù)據(jù)總線格雷碼數(shù)字輸出風(fēng)向硬件原理圖4.6風(fēng)速輸出計數(shù)器風(fēng)速硬件原理圖4.74.2.4EC9-1的實物圖EC9-1結(jié)構(gòu)圖4.94.2.5EC9-1的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)總線格雷碼數(shù)字輸出風(fēng)向硬件原理圖4.6風(fēng)速輸出計數(shù)器風(fēng)速硬件原理圖4.74.2.4EC9-1的實物圖EC9-1結(jié)構(gòu)圖4.9EC9-1的技術(shù)指標(biāo)如下表4.4：風(fēng)向，電瀛RlfW蜃測量范圍：測量范圍：0^360°4工作電壓：DC5V/12V4分辨方:0.lm/sP分辨力:2.8125°抗風(fēng)強(qiáng)度：80m/w最大允許誤差：土(0.3-KJ.O3V)最大允許誤差：±3?！汗ぷ鳝h(huán)境：-員七?55tJ,0—100%RHP起動風(fēng)速：^0.5m/sP起動風(fēng)速:&.5m/s口p距離常數(shù)：&.沁距離常數(shù)：mF「p最大回轉(zhuǎn)半徑：”3響，取大回轉(zhuǎn)半徑：4如顧，p藏大周度:270JTUR3雨大隔度：352顧「p輸出形式：』EC9-1型：頻率】EC9-1A型：頻率.EC9-1I型:RS-485/RS-232P阻尼比：^0.45'p重里:約0.7kg1輸出形式：』「EC9-1型：格雷碼/電阻/電壓EC9-1A型：格雷碼,電阻/電壓EC9-1I型：RS-485/RS-232hPp重里:約1.0kg3表4.4技術(shù)指標(biāo)4.3單片機(jī)選擇與介紹本系統(tǒng)控制電路的核心器件為AT89S52單片機(jī)屬于MCS-51系列。AT89S52實物如圖4.10所示。4.3.1AT89S52介紹AT89S8252是ATMEL公司推出的8位CMOS單片機(jī)，性能高、功耗低，具有可串行下載的8KBFLASH存儲器和2KBEEPROM存儲器。該器件與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51指令集和引腳完全兼容，可通過SPI串行接口對片內(nèi)存儲器進(jìn)行在系統(tǒng)編程。AT89S52功能強(qiáng)大，是嵌入式單片機(jī)控制系統(tǒng)靈活高效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，2個數(shù)據(jù)指針，看門狗定時器，32位I/O口線，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52W降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。本設(shè)計電路中AT89S52單片機(jī)的電路圖如圖4.11所示。P101P112P123P134P145P101P112P123P134P145MOSIP156MISOP167SCKP178P3313qP3212qP3515P3414rI31vcc|—XTAL119XTAL218RST9P3717幻P36_0-P1.0(T2)(AD0)P0.0-P1.1(T2EX)(AD1)P0.1-P1.2(AD2)P0.2-P1.3(AD3)P0.3-P1.4(AD4)P0.4-P1.5(MOSI)(AD5)P0.5-P1.6(MISO)(AD6)P0.6-P1.7(SCK)(AD7)P0.7P3.3(INT1)(A8)P2.0P3.2(INT0)(A9)P2.1(A10)P2.2-P3.5(T1)(A11)P2.3-P3.4(T0)(A12)P2.4(A13)P2.5-EA/VPP(A14)P2.6(A15)P2.7>XTAL1-XTAL2VCCGND-RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1P3.7(RD)ALE/PROGP3.6(WR)PSENU1AT89S5239P0038P0137P0236P0335P0434P0533P0632P07P20P21P22P23P24P25P26P274020P30RXDP31TXD30ALE口29PSENVCC||'P0□:P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL電平。對P0端口寫“1”，用作高阻抗輸入。訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。P1端口寫“1”時，可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，將輸出電流（IIL）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P1口中P1.0與P1.1的第二功能：P1.0:T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸入。P1.1:T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3□:P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，即P3口輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表4.5所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表4.5F3口引腳與第二功能P端口引腳口第二功能『P3.0^RXD（串行輸入口）『P3.2TXD（串行輸出口P3.2^INTO（外中斷P3.3^INT1（外中斷WP3.4^定時/計數(shù)器P3.5^T1（定時/計數(shù)器12P3.6^瞄（外部數(shù)據(jù)存儲器與選通P3.*RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通2此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST——復(fù)位輸入。ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN——程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。4.3.3主要性能AT89S8252單片機(jī)主要性能特點如下：（1）32個可編程I/O口線（2）三個16位定時器/計數(shù)器（3）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器（4）1000次擦寫周期（5）低功耗空閑和掉電模式（6）雙數(shù)據(jù)指針（7）全靜態(tài)操作：0Hz?33Hz（8）三級加密程序存儲器（9）全雙工UART串行通道（10）掉電后中斷可喚醒八個中斷源看門狗定時器掉電標(biāo)識符與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容4.4晶顯示器LCD1602LCD1602顯示器主要特點：液晶顯示屏是以若十個5'8或5'11點陣塊組成的顯示字符群。每個點陣塊為一個字符位，字符間距和行距都為一個點的寬度。具有字符發(fā)生器ROM可顯示192種字符(160個57點陣字符和32個5'10點陣字符)具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個5'8點陣字符或四個5'11點陣字符。液晶顯示器屬于被動發(fā)光型顯示器件，它本身不發(fā)光，只能反射或透射外界光線，因此環(huán)境亮度越高，顯示越清晰。其亮暗對比度可達(dá)100:1。單+5V電源供電，采用交流驅(qū)動方式。圖4.12LCD1602實物圖使用時，可將P0與匚。。的數(shù)據(jù)線相連，P2口與姬。的控制線相連，其中，LCD1602第4腳RS為寄存器選擇，第5腳RW為讀寫信號線，第6腳E為使能端。第7?14腳：D0?D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。這里要注意的是，為了布線方便，單片機(jī)端的D0?D7是接到LCD1602的D1?D0，正好相反，因此在編寫軟件時需要做處理，使讀取正確。LCD顯示電

圖4.13顯示電路5硬件模塊設(shè)計5.1溫濕度硬件模塊設(shè)計

1圖5.1溫濕度硬件模塊圖VCCDATAGNDU4XTAL2XTAL1vccPSEN/1圖5.1溫濕度硬件模塊圖VCCDATAGNDU4XTAL2XTAL1vccPSEN/P3.0P3JP3J.P3_3P3.4P33P3.6P3.7P1.0PIOPl1PllP1J.P22P1JPl4P14pi4Pl.5PISPl.7P±7RSTEA-GNDALESHT10的供電電壓范圍為2.4?5.5V，在電源引腳（VCC,GND）之間須加一個100nF的電容，用作為去耦濾波。傳感器不能按照I2C協(xié)議編址，但是，如果"C總線上沒有掛接別的元件，SCK用于微處理器與SHT10之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。DATA引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀取傳感器數(shù)據(jù)。當(dāng)向傳感器發(fā)送命令時,DATA在SCK上升沿有效且在SCK高電平時必須保持穩(wěn)定。DATA在SCK下降沿之后改變。為確保通訊安全，DATA的有效時間在SCK上升沿之前和下降沿之后應(yīng)該分別延長至TSUandTHO當(dāng)從傳感器讀取數(shù)據(jù)時，DATATV在SCK變低以后有效，且維持到下一個SCK的下降沿。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻10kO將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O電路中。5.2風(fēng)速風(fēng)向硬件模塊設(shè)計

U1XTAL2VCCXTAL1PSEN.GNDGNDAv1JrJ4J6-■1oU1XTAL2VCCXTAL1PSEN.GNDGNDAv1JrJ4J6-■1o1-J4_57板Epo.po.popopo.popo.po.P1P1P1.P1.P1P1.P1P1EAAU.0JJr_3.4_5.6.7甫"~!2_3.4_5.6.7{—|:1)rJ.rJ.rnrn3.rn3.3.LL11L1LL^riMppppppppPPPPPPPPRGVCC<bU2LCD1602EC9-1風(fēng)速風(fēng)向傳感器中分為風(fēng)速和風(fēng)向兩個模塊，風(fēng)向傳感器D1?D7連接P1.1?P1.7數(shù)據(jù)線。風(fēng)速傳感器CLK＞號線連接單片機(jī)P1.0,由P1.0來提供風(fēng)速傳感器的信號。風(fēng)速與風(fēng)向模塊VCC1與VCC2一起連接到+5V工作電壓，GND1與GND2接地。測風(fēng)傳感器EC9-1當(dāng)風(fēng)速大于0.4m/s時就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，信號變換電路為霍爾集成電路。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時，通過主軸帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動2.8125°，位于碼盤就會產(chǎn)生一組新的七位并行格雷碼，經(jīng)過整形、倒相后輸出。方位-角度-格雷碼-二進(jìn)制碼對照表進(jìn)行查詢。6軟件模塊設(shè)計6.1主程序流程圖:

開始SHT10與EC9-1與LCD1602初始化STFK1溫濕度采集子程風(fēng)速風(fēng)向采集子程溫濕度處理*風(fēng)速風(fēng)向處理顯示數(shù)據(jù)溫濕度采集子程風(fēng)速風(fēng)向采集子程溫濕度處理*風(fēng)速風(fēng)向處理6.1主流程圖主流程圖首先要先上電復(fù)位，再對溫濕度傳感器SHT10、風(fēng)速風(fēng)向傳感器EC9-1與匚。。1602顯示器進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行掃描按鍵看是K1按下還是K2按下。當(dāng)是按鍵K1按下時，則測量的是溫濕度，執(zhí)行溫濕度采集子程序，進(jìn)行溫濕度處理，最后通過LCD1602顯示溫濕度數(shù)據(jù)。當(dāng)是按鍵K2按下時，則測量的事風(fēng)速風(fēng)向，執(zhí)行風(fēng)速風(fēng)向采集子程序，進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向處理，最后通過LCD1602顯示風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)。6.2溫濕度模塊流程圖:

6.2溫濕度模塊流程圖如6.2溫濕度模塊流程圖所示：開始后進(jìn)行初始化溫濕度傳感器SHT10，再進(jìn)行判斷按鍵K1是否按下，要是沒按下則返回初始化，然后繼續(xù)掃描按鍵K1，要是K1按下，則進(jìn)行采集溫度與采集濕度，采集完數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算溫度與濕度。6.3風(fēng)向風(fēng)速模塊流程圖:

6.3風(fēng)向風(fēng)速模塊流程圖如6.3風(fēng)向風(fēng)速模塊流程圖所示：開始后進(jìn)行初始化EC9-1風(fēng)速風(fēng)向傳感器，再進(jìn)行判斷按鍵K2是否按下，如若K2沒有按下，則返回EC9-1初始化，再進(jìn)行掃描按鍵K2是否按下。若是按鍵K2按下，則進(jìn)行采集風(fēng)速與采集風(fēng)向，采集完數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算風(fēng)速風(fēng)向。6.4顯示模塊流程圖:

6.4顯示模塊流程圖如6.4顯示模塊流程圖所示：開始后進(jìn)行顯示器LCD1602初始化，再進(jìn)行鍵盤掃描，看是按鍵K1按下還是按鍵K2按下。當(dāng)是按鍵K1按下時，則LCD1602顯示溫度與濕度。當(dāng)是按鍵K2按下時，則LCD1602顯示的是風(fēng)速與風(fēng)向?？偨Y(jié)在這次畢業(yè)設(shè)計中，主要是以AT89S52單片機(jī)為核心的，對溫濕度與風(fēng)向風(fēng)速的檢測設(shè)計。對AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)的溫濕度與風(fēng)速風(fēng)向的檢測控制原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了論述。本次設(shè)計是軟硬結(jié)合，以硬件為主，軟件程序為輔。給出了檢測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的各部分電路以及相對應(yīng)的流程圖。采用模塊化設(shè)計。用新型的智能集成溫濕度傳感器SHT10主要實現(xiàn)對溫度、濕度的檢測，將溫度濕度信號通