公路環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEIV摘要隨著我國高速公路的迅速發(fā)展，及時(shí)、有效的對(duì)高速公路的環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)是很有必要的，它不但可以減少交通事故的發(fā)生，從而給人們的出行安全帶來很大方便。而且同時(shí)也能有效的為高速公路維護(hù)工作提供便利。高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過對(duì)氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、路面結(jié)冰狀況等氣象要素的采集為工作的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)討論了GPRS的無線通訊的高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了氣象采集的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化。分析各氣象要素傳感器的接口、參數(shù)、性能、可靠性等關(guān)鍵問題，確定了HMP45D型號(hào)的濕度傳感器、PT100溫度傳感器、IRS21智能路面狀況傳感器、HW-N1型能見度儀、ZQZ—TF風(fēng)向風(fēng)速傳感器、確定了H7000無線DDN系統(tǒng)為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧淼牡赜虻木窒扌裕酝ㄓ嵎绞阶詈貌捎脽o線通訊的方式。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)除了高速、永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)外，還具備通訊費(fèi)用低廉的優(yōu)勢(shì)。因此得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：GPRS無線通訊；自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；傳感器

AbstractWiththerapiddevelopmentofhighway,timelyandeffectiveenvironmentalparametersonthehighwaymonitoringisnecessary,itcannotonlyreducetrafficaccidents,givingpeopletravelsecuritybringgreatconvenience.Butalsocaneffectivelyfacilitatetheworkforthehighwaymaintenance.Automaticmonitoringofenvironmentalparametershighwaysystemdesignisthroughtheairtemperature,humidity,winddirection,windspeed,icyconditionsandothermeteorologicalelementscollectedforthebasisofthework.ThisdesigndiscussedGPRSwirelesscommunicationhighwayenvironmentalparametersautomaticmonitoringsystemdesignandrealizationofmeteorologicalacquisitionautomationandnetworking.Analysisofthemeteorologicalsensorinterfaces,parameters,performance,reliability,andotherkeyissues,identifiedHMP45Dtypehumiditysensor,PT100temperaturesensor,IRS21intelligentroadconditionsensors,HW-N1typevisibilitymeter,ZQZ-TFwinddirectionandspeedsensor,identifiedH7000wirelessDDNsystemprovidesuserswithhigh-speed,alwaysonline,transparentdatatransmissionvirtualprivatedatacommunicationsnetworkdesign.Becausethehighwayenvironmentalparametersautomaticmonitoringsystembecauseofitsowngeographicallimitations,sothebestuseofthewirelesscommunicationmeansofcommunication.Withthedevelopmentofcomputernetworktechnology,GPRSdataservicesinadditiontohigh-speed,always-onfeatures,butalsohavetheadvantageoflow-costcommunications.Soithasbeenwidelyused.Keywords:GPRSwirelesscommunication;automaticmonitoringsystem;sensor

目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1研究背景 11.2國內(nèi)外發(fā)展 21.3本設(shè)計(jì)的解決的問題 3第2章方案論證 52.1方案對(duì)比 52.2方案分析 7第3章硬件電路設(shè)計(jì) 103.1單片機(jī)的選型及其外圍電路的設(shè)計(jì) 103.2A/D轉(zhuǎn)換器 113.3傳感器的選型 133.3.1路面?zhèn)鞲衅?133.3.2溫、濕度傳感器 143.3.3能見度傳感器 173.3.4風(fēng)速風(fēng)向傳感器 193.4通訊模塊的設(shè)計(jì) 203.5人機(jī)接口部分的設(shè)計(jì) 233.5.1按鍵電路的設(shè)計(jì) 233.5.2顯示電路的設(shè)計(jì) 243.5.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 25第4章軟件設(shè)計(jì) 264.1主流程圖 264.2子程序流程圖 26第5章通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn) 305.1GPRS模塊的設(shè)置 305.2數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)簡介 30第6章總結(jié) 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34附錄I 35附錄II 36附錄III 53PAGE69緒論研究背景近年來，我國高速公路建設(shè)的發(fā)展非常迅速，自1988年建成我國第一條高速公路以來，到2010年底，我國高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到7.3萬km。根據(jù)國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，我國正在全力以赴地加快國家高速公路網(wǎng)主骨架建設(shè)，到2020年，基本建成國家高速公路網(wǎng)，屆時(shí)，中國高速公路通車總里程將達(dá)10萬km。新路網(wǎng)由7條首都放射線、9條南北縱向線和18條東西橫向線組成,簡稱為7918網(wǎng)。隨著交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，天氣條件對(duì)交通運(yùn)輸?shù)挠绊懸苍絹碓綇V泛，惡劣的天氣條件給交通運(yùn)輸帶來巨大的損失，甚至威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在冰雪路面、積水路面與正常干燥路面3種情況下，交通事故發(fā)生的概率之為4.2︰1.61︰1，在寒冷地區(qū)這種現(xiàn)象甚至更為嚴(yán)重。所以，及時(shí)準(zhǔn)確的天氣信息成為交通管制部門決策支持的關(guān)鍵組成部分。高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由分布在高速公路沿線的若干個(gè)高速公路自動(dòng)氣象站聯(lián)網(wǎng)組成，通過對(duì)天氣變化、路面狀況、空氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)向外界發(fā)布天氣、交通的變化信息，從而使交通管制部門及時(shí)作出相應(yīng)決策，提高交通道路的安全指數(shù)，充分發(fā)揮交通道路效能。隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路建設(shè)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)工作也顯得越來越重要。公路路面在實(shí)際使用的過程中，溫度、水分以及載荷等因素均會(huì)對(duì)整個(gè)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，并極大的增大了交通事故的發(fā)生幾率，帶來了極大的財(cái)產(chǎn)和生命損失。根據(jù)對(duì)四川、云南、貴州、廣西、甘肅、新疆、西藏、浙江、河南、遼寧等幾個(gè)省的事故資料統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，約有44%的道路交通事故與氣象條件有直接或間接的關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示，在美國每年680萬起交通事故中，20%發(fā)生在像雨、雪或冰雪這樣的惡劣氣象條件下問。目前我國道路交通事故數(shù)、交通事故傷亡人數(shù)及經(jīng)濟(jì)損失居高不下，交通安全形勢(shì)惡劣。雨、雪、霧天能見度低，路面積水、結(jié)冰等都會(huì)使路面光滑、行車發(fā)漂，是形成事故的重要原因之一。低收入和中等收入國家每年有100多萬人因公路交通事故喪生，高收入國家則僅有12.5萬人因公路交通事故喪生。先進(jìn)的儀器設(shè)備來建立健全交通安全環(huán)境，完善的道路情報(bào)收集與管理，可以為相關(guān)管理部門的決策提供依據(jù)，也可以對(duì)道路使用者進(jìn)行提示、警告、限制，大大減少交通事故的發(fā)生。目前中國高速公路建設(shè)快速發(fā)展，中國2008年新修通高速公路6433公里，高速公路通車總里程達(dá)到6.03萬公里，繼續(xù)居世界第二位。根據(jù)交通部的規(guī)劃，到2020年，我國將建成國家骨架公路網(wǎng)，全國高速公路總里程預(yù)計(jì)將達(dá)到７萬公里。路面?zhèn)鞲衅魇袌?chǎng)前景廣闊。目前我國路面?zhèn)鞲衅魇袌?chǎng)主要被國外的企業(yè)壟斷，昂貴的價(jià)格限制了其應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)路面?zhèn)鞲衅鲊a(chǎn)化，有著深刻的現(xiàn)實(shí)需求和經(jīng)濟(jì)前景高速公路的氣象環(huán)境狀況，特別是惡劣天氣條件，直接影響高速公路的運(yùn)營管理和行車安全。由于雨、雪、霧、積雪、結(jié)冰等天氣環(huán)境條件對(duì)高速公路的運(yùn)營有直接的影響，所以交通部門對(duì)高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求主要從以下幾個(gè)因素上加以考慮。(1)安全因素：在大霧等低能見度的氣候條件下，高速公路很容易引發(fā)多車相撞的惡性交通事故，這類交通事故往往造成相當(dāng)驚人的損失，如北京、上海、陜西、江蘇、廣東等地相繼開始對(duì)城市道路或高速公路的頭號(hào)殺手霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)研究，并取得許多有價(jià)值的科研成果。(2)經(jīng)濟(jì)效益因素：交通事故不但造成了重大的人員傷亡，還帶來其它重大的經(jīng)濟(jì)損失。在大霧、下雪、結(jié)冰等天氣情況下，往往采取關(guān)閉高速公路的辦法來有效地杜絕交通事故，但關(guān)閉高建公路帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益損失不容輕視，因此不能準(zhǔn)確判斷各類型天氣條件下高速公路的行車等級(jí)，也會(huì)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。(3)社會(huì)影響因素：由于公路交通重大事故比例高，人員傷亡大，人們對(duì)公路產(chǎn)生了潛在的死亡恐懼。據(jù)調(diào)查,在鐵路交通方便的情況下，出行者更愿意選擇鐵路交通。(4)交通問題因素：封閉公路給周邊城鎮(zhèn)的交通帶來了極大的壓力，特別是交通容量小的小城鎮(zhèn)，造成嚴(yán)重的大面積的交通阻塞和交通癱瘓。國內(nèi)外發(fā)展瑞典、英國、芬蘭等國家是世界上最早進(jìn)行高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的國家,許多開創(chuàng)性的應(yīng)用工作也是從這些國家逐漸推向世界各地的。近年隨著各種遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫以及GPRS等技術(shù)的應(yīng)用，國外高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠向道路養(yǎng)護(hù)、交通運(yùn)營管理以及公眾出行提出更加豐富、及時(shí)、有效和全面的信息，降低道路的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營成本，提高道路的運(yùn)營服務(wù)與安全水平。而我國高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用工作起步較晚，交通氣象信息也主要來源于公路沿線的氣象站、霧天能見度檢測(cè)儀等檢測(cè)設(shè)施，公路部門與氣象行業(yè)業(yè)務(wù)合作不夠緊密，所以總體上缺乏系統(tǒng)研究，提供專業(yè)服務(wù)的能力還很有限。但近年來,隨著我國高速公路的快速發(fā)展，高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已經(jīng)開始受到相關(guān)部門和研究機(jī)構(gòu)的重視。如安徽省2009年底已開始建設(shè)覆蓋全省高速公路的惡劣氣象條件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、山東省已開始建設(shè)高速公路氣象觀測(cè)系統(tǒng)、山西省也將高速公路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)納入地方“十二五”建設(shè)規(guī)劃，此外河北省交通與氣象部門攜手加強(qiáng)高速公路氣象監(jiān)測(cè)及預(yù)警服務(wù)能力建設(shè)等，所有這些都表明了交通部門對(duì)高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)注,但我國目前該系統(tǒng)的主體框架基本以傳統(tǒng)氣象要素的監(jiān)測(cè)為主，能見度儀和路面狀態(tài)傳感器大多數(shù)仍依賴于國外進(jìn)口設(shè)備，可見，我國交通氣象監(jiān)測(cè)與服務(wù)工作還需進(jìn)一步加強(qiáng)。由于我國對(duì)這方面的設(shè)計(jì)的不足，所以對(duì)高速高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究是很有必要的。國外進(jìn)行氣象信息采集比較有名的有意大利、法國、日本等一些公司在從事自動(dòng)氣象站方面的研究。氣象設(shè)備的主要生產(chǎn)廠家有芬蘭的Vasiala、意大利的DPS一Pormatic、法國的exMEL、英國的CamPbellseientifie和CasellaCel等。他們的大部分產(chǎn)品也是采用衛(wèi)星和GSM的通信模式，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步，國外的意大利的一家公司2003年首先推出了基于GPRS通信的相關(guān)產(chǎn)品。但是國外進(jìn)口的自動(dòng)氣象站觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格昂貴,很難在國內(nèi)大范圍普及。國內(nèi)氣象觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域也有許多相關(guān)研究，并取得了一定的進(jìn)展。國內(nèi)比較著名的自動(dòng)氣象站有北京華創(chuàng)科技公司的CAWS600系列自動(dòng)站，江蘇無錫無線電科學(xué)研究所的ZQZ一Cn型自動(dòng)氣象站。另外還有長春氣象研究所的同類產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品主要是數(shù)據(jù)傳輸大多局限于傳統(tǒng)的通訊方式(有線MODEM、GSM等通訊方式)。本設(shè)計(jì)進(jìn)行基于GPRS的多要素自動(dòng)氣象站產(chǎn)品開發(fā)的同時(shí)無錫無線電科學(xué)研究所也在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研究和實(shí)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)的解決的問題高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)于環(huán)境參數(shù)的采集需要安裝在現(xiàn)場(chǎng)，通過各種傳感器對(duì)氣象參數(shù)進(jìn)行采集。同時(shí)，分析、存儲(chǔ)采集的氣象數(shù)據(jù)。利用GPRS模塊作為數(shù)據(jù)通訊通道。GPRS通信網(wǎng)絡(luò)是氣象數(shù)據(jù)中心與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海髯缘腉PRS數(shù)據(jù)終端將數(shù)據(jù)打成PI包，經(jīng)GPRS接入無線GPRS網(wǎng)絡(luò)，由移動(dòng)服務(wù)商轉(zhuǎn)接到hietmet，最終通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到達(dá)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心工作站。使現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站的氣象參數(shù)能夠及時(shí)傳送到氣象中心的計(jì)算機(jī)中。氣象數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)的監(jiān)控中心，從各觀測(cè)站發(fā)回的氣象資料經(jīng)整理后存入SQLesvrer數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)頁瀏覽方式提供給相關(guān)部門及其他用戶。它由三臺(tái)主機(jī)和上位機(jī)軟件組成。一方面氣象數(shù)據(jù)中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站進(jìn)行雙向通信收發(fā)數(shù)據(jù)，另一方面進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理和WEB網(wǎng)頁瀏覽服務(wù)。上位機(jī)軟件為用戶提供一個(gè)可視化界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各地的氣象參數(shù)。通過此軟件，可查詢歷史數(shù)據(jù)庫，查看各地氣象息的歷史記錄和統(tǒng)計(jì)曲線，從而清楚地了解觀測(cè)點(diǎn)的綜合氣象信息。本文的主要工作是自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的基于GPRS傳輸?shù)淖詣?dòng)氣象站的研制，提出并討論的主要問題如下：1.各氣象要素的信號(hào)采集傳感器的選用、接口和性能的分析。2.硬件系統(tǒng)的主處理模塊、氣壓測(cè)量模塊、各傳感器接口調(diào)理電路的分析與設(shè)計(jì)。3.GPRS相關(guān)技術(shù)，及和單片機(jī)的接口問題4.氣壓的非線性校正和溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)、溫度傳感器的非線性校正、可靠性分析與設(shè)計(jì)等若干關(guān)鍵技術(shù)問題。

方案論證2.1方案對(duì)比目前國內(nèi)也有很多基于無線傳輸?shù)母咚俟纷詣?dòng)氣象站，但或多或少都存在一些不足，總結(jié)起來主要有以下幾個(gè)方面：1.采用的無線傳輸方式為短信方式，這種方式缺乏靈活性，局限性比較大，而且對(duì)于多站點(diǎn)、多時(shí)次的信息需求來說，費(fèi)用比較昂貴。2.部分無線傳輸方式將采集得到的數(shù)據(jù)存于U盤、移動(dòng)硬盤等介質(zhì)中，實(shí)時(shí)性無法實(shí)現(xiàn)。另外，長時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸積累下來的數(shù)據(jù)量比較大，需要人員定時(shí)去取存于移動(dòng)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，需要大量的人力物力，對(duì)于沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)來說，實(shí)現(xiàn)起來就更加困難。3.隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,采集到的數(shù)據(jù)可以存入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服務(wù)器，這種方式僅適用于有地面網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，無法應(yīng)用于無人。無氣象站的地區(qū)。我國高速公路環(huán)境參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研制工作始于20世紀(jì)50年代后期，至今已有40多年的歷史。60年代初，由原中央氣象局觀象臺(tái)主持研制無人環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，到70年代初研制出環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在青海省的五個(gè)臺(tái)站進(jìn)行試驗(yàn)，前后達(dá)10年之久。與此同時(shí)，原中央氣象局硬件所又主持研制出綜合遙測(cè)自動(dòng)氣象站，在杭州、蘇州、北京等地進(jìn)行了為期6個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)考核。80年代中期，由中國氣象科學(xué)研究院大氣探測(cè)所主持，采用精致氣象衛(wèi)星中繼數(shù)據(jù)的方式，研制出資料收集平臺(tái)(DCP)，并在多個(gè)省份進(jìn)行為期1年的試驗(yàn)。到90年代后期，我國第一批高速公路環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型，并獲準(zhǔn)在業(yè)務(wù)中使用。截至2005年，全國有1000多個(gè)臺(tái)站使用了自動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了組網(wǎng)。在過去的十幾年間，高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之所以取得了迅猛的發(fā)展，并得到了應(yīng)用，取決于多種因素其中技術(shù)因素起到舉足輕重的作用，包括微型計(jì)算機(jī)、通信、傳感器等技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，為自動(dòng)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)性能的提高提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ),尤其是微處理器的和通信技術(shù)的日趨成熟，簡化了數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)。降低了成本，提高了效率,使準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)的同時(shí)能夠準(zhǔn)確、高效的傳輸，達(dá)到自動(dòng)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)的功能要求。目前國內(nèi)外都有許多研究高速公路環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的廠家，因此在技術(shù)上成熟了許多。國內(nèi)比較知名的是北京華創(chuàng)科技有限公司的CAWS600系列環(huán)境參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，長春氣象儀器研究所的同類產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸主要都局限于傳統(tǒng)的通訊方式。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，將進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)向多功能、智能化、高精度、高可靠性方向發(fā)展，將為航空、水利等社會(huì)各部門提供更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的氣象信息。通過以上的分析，我們發(fā)現(xiàn)上述各種方式或多或少的存在一定的弊端，尤其是通訊方式，它是制約環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要因素。GPRS作為一個(gè)新的無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，是基于GSM的新型移動(dòng)分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用，比現(xiàn)有GSM網(wǎng)具有更高的數(shù)據(jù)率，并具有永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)。GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)除了高速、永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)外，還具備通訊費(fèi)用低廉的優(yōu)勢(shì)。GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)可以按流量或時(shí)間或包月固定費(fèi)等方式收取，就大大降低了用戶使用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?，尤其在?shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中。通過對(duì)比，本論文擬采用GPRS通信方式實(shí)現(xiàn)氣象要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)無線化和網(wǎng)絡(luò)化。本課題利用無線GPRS技術(shù)傳輸氣象數(shù)據(jù),主要是因?yàn)镚PRS具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.GPRS對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源利用率高。GPRS采用分組交換技術(shù)，對(duì)于數(shù)據(jù)吞吐量較小的網(wǎng)絡(luò)，可以把大數(shù)據(jù)包先分成若干個(gè)小數(shù)據(jù)包，通過不同的路由，以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳送到目的主機(jī)，再按規(guī)則組合成完整數(shù)據(jù)包。2.覆蓋范圍廣。GPRS覆蓋范圍廣，在無線GSN叮GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以完成對(duì)無線終端的控制和管理。而且，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。3.數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度大于40Kbps，最高可達(dá)到115KbPs一170Kbps，完全可以滿足用戶應(yīng)用的需求。4.建設(shè)成本小。由于采用GPRS無線公網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)于行業(yè)應(yīng)用，只要安裝好GPRS終端即可，不需專門的布線，前期投資小、見效快,后期升級(jí)、維護(hù)成本低。5.接入時(shí)間短，提供了與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。GPRS接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均時(shí)間為兩秒。6.提供實(shí)時(shí)在線功能"用戶將始終處于連線和在線狀態(tài),這使得訪問服務(wù)變得非常簡單、快速。7.通訊費(fèi)用低，按流量計(jì)費(fèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)量來收取費(fèi)用，在沒有數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。同時(shí)GPRS應(yīng)用可以采用包月、包年的計(jì)費(fèi)方式，運(yùn)營的成本將大大降低。8.GPRS系統(tǒng)的傳輸容量大，非常適合數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用。GPRS的分組交換技術(shù)提供靈活的差錯(cuò)控制和流量控制，非常適用于數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，特別是間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。2.2方案分析經(jīng)過查閱資料和分析，本設(shè)計(jì)主要是要通過的傳各種類型傳感器對(duì)天氣狀況信息溫度、濕度、能見度、風(fēng)的大小與方向、路面狀況的采集，再將檢測(cè)出的模擬信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后以及信號(hào)處理，再通過通訊技術(shù),按照城區(qū)大約間隔5公里、郊區(qū)10-15公里的建設(shè)原則，配無線通訊器通過GSM網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離布網(wǎng)監(jiān)測(cè)或異地遙測(cè)數(shù)據(jù)。不受距離限制，每個(gè)氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)配備一個(gè)無線通訊端口，由氣象中心監(jiān)測(cè)站的主控微機(jī)對(duì)網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)所有氣象站的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，以達(dá)到整個(gè)網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)氣象數(shù)據(jù)整合及統(tǒng)計(jì)。送入主機(jī)中，進(jìn)行自動(dòng)的運(yùn)算和控制，為用戶設(shè)計(jì)按鍵、顯示電路和聲光報(bào)警等模塊。高速公自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣狀況的監(jiān)測(cè)，把實(shí)時(shí)信息傳輸給控制室，可采用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的內(nèi)部資源豐富，供電電壓只需要5V，并且單片機(jī)的體積較小，便于存放；價(jià)格也相對(duì)便宜。對(duì)單片機(jī)外加簡單的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，選用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)更為合理?；谝陨戏治?，通訊系統(tǒng)的流程圖如圖2.1所示，高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖圖2.2所示。主機(jī)主機(jī)被控對(duì)象溫度、濕度、風(fēng)向、能見度等測(cè)量信號(hào)被控對(duì)象溫度、濕度、風(fēng)向、能見度等測(cè)量信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器溫度、濕度、能見度，風(fēng)向與風(fēng)的大小顯示A/D轉(zhuǎn)換器溫度、濕度、能見度，風(fēng)向與風(fēng)的大小顯示越限報(bào)警越限報(bào)警鍵盤鍵盤電路實(shí)時(shí)通訊模塊實(shí)時(shí)通訊模塊圖2.1總體框圖控制中心控制中心GPRS網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)基站基站氣象檢測(cè)數(shù)據(jù)氣象檢測(cè)數(shù)據(jù)氣象檢測(cè)數(shù)據(jù)氣象檢測(cè)數(shù)據(jù)圖2.2通訊框圖基于以上分析，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為以下幾個(gè)模塊。(1)天氣狀況監(jiān)測(cè)模塊對(duì)天氣狀況的檢測(cè)采用氣象傳感器。路面狀況傳感器主要有兩大類：一類是埋入式類型的傳感器，需要埋設(shè)在路面上，通過電源和信號(hào)線接到機(jī)箱內(nèi)電源和采集器上；另一類是遙感類的傳感器，無需安裝在路面上，而是安裝在路側(cè)支架上，通過遙感路面上的某一特定區(qū)域來實(shí)現(xiàn)觀測(cè)目的。第二類的傳感器也稱為主動(dòng)型路面狀況傳感器，因成本較高，在實(shí)際應(yīng)用中多采用第一種。溫度傳感器主要有四種類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器和IC溫度傳感器。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對(duì)不需要高精度測(cè)量，并且熱電阻寬溫度范圍和適應(yīng)各種和大氣環(huán)境，而且結(jié)實(shí)、價(jià)格低、無需供電。所熱電阻作為溫度傳感器。由于常見的電阻、電容式濕敏濕度傳感器抗腐蝕能力差、一致性差、線性差。所以選用有機(jī)高分子膜做成的介質(zhì)的濕度傳感器，這類產(chǎn)品的互換性好、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)。不需要外部元件，適配各種單片機(jī)。該濕度傳感器的測(cè)量范圍一般可達(dá)到0～100%。但有的廠家為保證精度指標(biāo)而將測(cè)量范圍限制為10%～95%。目前世界上能見度的設(shè)計(jì)的能見度觀測(cè)儀主要有透射式和散射式兩種。其中透射式占地范圍大無法機(jī)動(dòng)使用，所以前向透射能見度能是通過測(cè)量小空氣體積對(duì)光的前向散射來計(jì)算能見度的儀器，它測(cè)量范圍大、工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。它由發(fā)射器、接受器、電源控制器和機(jī)架等部分組成。通過發(fā)射、接受紅外線，得出相應(yīng)的電信號(hào)數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)外風(fēng)向風(fēng)速傳感器可以分為三類。第一類為螺旋槳式風(fēng)向風(fēng)速傳感器。第二類為風(fēng)速是三杯式、風(fēng)向單翼式的風(fēng)向風(fēng)速傳感器。第三類為超聲波風(fēng)向風(fēng)速傳感器。螺旋槳式風(fēng)傳感器精度較差，動(dòng)態(tài)性能一般，超聲波傳感器目前應(yīng)用還不太成熟?？紤]測(cè)量性能、可靠性、價(jià)格等因素，本設(shè)計(jì)采用三杯式風(fēng)速傳感器、單翼式風(fēng)向傳感器。風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器工作原理是：風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件為三杯式回轉(zhuǎn)架，信號(hào)變換電路為霍爾開關(guān)電路。(2)通訊模塊把采集的信號(hào)傳輸給主控制室。本地通訊（RS232、RS485）、遠(yuǎn)程有線通訊（PSTN、ADSL、光纖等）和遠(yuǎn)程無線通訊（SMS、GPRS、CDMA1X、衛(wèi)星DCP等）可同時(shí)應(yīng)用。因此，高速公路自動(dòng)氣象站終端有可能放置在長期無人值守的地方，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)比較差，可能不能提供光纖傳輸，GPRS無線傳輸可以很好的解決這一問題。在本系統(tǒng)應(yīng)用中，采用了公網(wǎng)固定IP的方式組網(wǎng)。該系統(tǒng)由高速公路氣象信息管理系統(tǒng)、公共以太網(wǎng)服務(wù)器、無線通訊基站、高速公路自動(dòng)氣象終端等設(shè)備組成。在這種構(gòu)成下，高速公路自動(dòng)氣象終端設(shè)備首先通過無線通訊基站以無線方式登陸到無線以太網(wǎng)絡(luò)，并獲得自動(dòng)分配的IP地址，然后與高速公路氣象信息管理中心建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接。由于高速公路氣象信息管理系統(tǒng)的IP地址用的是網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)，所以要將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的IP和端口映射到高速公路氣象信息管理系統(tǒng)。之后，終端就可以尋址到高速公路氣象信息管理系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信了。其特點(diǎn)是通信的速度非?？?、通信質(zhì)量非常穩(wěn)定，組網(wǎng)時(shí)可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，建設(shè)系統(tǒng)的投資小，能夠適合實(shí)時(shí)性要求較高、安全性要求適中的應(yīng)用場(chǎng)合。(3)鍵盤模塊該部分實(shí)現(xiàn)對(duì)越限報(bào)警的設(shè)定值。(4)顯示模塊該部分是顯示電路的設(shè)計(jì)，把傳輸過來的信號(hào)顯示出來。采用LCD顯示。(5)越限報(bào)警模塊當(dāng)?shù)教鞖鉅顩r惡劣，滿足一定條件的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)提示聲光報(bào)警。

硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選型及其外圍電路的設(shè)計(jì)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：

8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。由于89S52本身的I/O不夠用，這里選用8255可編程并行I/O接口。8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。8255可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程，所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。本設(shè)計(jì)中選用89S52單片機(jī)，單片機(jī)需要供電、晶振電路與時(shí)鐘電路的共同作用，才能工作，本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，外接晶振時(shí)，C1、C2值通常選擇30uF左右；C1、C2可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是0到24MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝于單片機(jī)芯片靠近。復(fù)位電路采用手動(dòng)上電復(fù)位電路，這種電路利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí)，電容C3充電，電路有電流流過，構(gòu)成回路，在電阻上R上有壓降，RESET引腳為高電平；當(dāng)電容C3充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，RESET電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。89S52單片機(jī)與8255的接口電路比較簡單，如圖3.1所示，8255的片選信號(hào)及口地址選擇線A0、A1分別由89S52的T1、P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為BFFCH、BFFEH、BFFFH。8255的D0~D7分別于89S52的P0.0~P0.7相連。8255的復(fù)位端與89S52的復(fù)位端相連，都接到89S52的復(fù)位電路上。另外89S52的、一一對(duì)應(yīng)相連。這樣單片機(jī)與8255就實(shí)現(xiàn)了I/O的并行擴(kuò)展了。圖3.1單片機(jī)及其外圍電路3.2A/D轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。這里選擇ADC0809，ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）4）單個(gè)+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度7）低功耗，約15mW本設(shè)計(jì)采用了ADC0809與89S52單片機(jī)的典型接口電路，由圖3.2可惜看出，其與單片機(jī)接口十分簡單。89S52單片機(jī)通過擴(kuò)展接口PB0和讀寫信號(hào)來控制轉(zhuǎn)換器模擬輸入通道地址鎖存、啟動(dòng)和輸出允許，ALE為地址鎖存控制信號(hào)。8個(gè)模擬輸入通道（IN0~IN7）的地址分別為7FF8H~7FFFH。圖3.2ADC0809與單片機(jī)接口電路圖3.3傳感器的選型3.3.1路面?zhèn)鞲衅鱅RS21是一款性能優(yōu)秀的智能路面?zhèn)鞲衅?，主要有路面溫度測(cè)量模塊、多頻監(jiān)測(cè)模塊、含鹽度和冰點(diǎn)測(cè)量模塊、水膜厚度測(cè)量模塊組成．它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝；很少的維護(hù)；良好的抗化學(xué)腐蝕和物理破壞；容易更換；數(shù)據(jù)通過RS485數(shù)字輸出，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸：低功耗，測(cè)量時(shí)間短，少于兩秒，測(cè)量結(jié)果受自熱的影響較小；IRS21智能路面路況傳感器可以與任何支持其通訊協(xié)議的智能終端相連，有良好的可移植性和通用性。檢測(cè)完畢后，輸出包括3個(gè)溫度值、鹽度和冰點(diǎn)值、路面狀態(tài)、水膜厚度，具有精度高、耐磨損和可靠性好、數(shù)字化輸出。IRS21中包含四個(gè)傳感器，分別是溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、水膜厚度傳感器和多頻冰、水分辨?zhèn)鞲衅?。微控制器根?jù)各傳感器的檢測(cè)結(jié)果，分析計(jì)算后得出精確的路面信息。再通過RS484數(shù)字傳輸。在溶液電導(dǎo)率的檢測(cè)方法中，雙脈沖法精度最高，測(cè)量最為準(zhǔn)確。IRS21在路面?zhèn)鞲衅髦?，采用了一種巧妙的電路結(jié)構(gòu)，在沒有使用雙脈沖發(fā)生器的情況下，使電極兩端得到了所需要的極性相反周期相同雙脈沖。IRS21的表面有一個(gè)凹槽，里面有兩個(gè)淺埋的電極，通過檢測(cè)凹槽中溶液的電導(dǎo)率完成對(duì)溶液濃度的檢測(cè)。通過對(duì)電極成分的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，電極上由100%的純金組成的。金具有良好的耐腐蝕性和導(dǎo)電能力，保證了IRS21在溶液濃度檢測(cè)時(shí)具有良好的可靠性和準(zhǔn)確性。IRS21檢測(cè)水膜厚度的模塊是一個(gè)微波傳感器。微波傳感器是利用微波特性來檢測(cè)某些物理量的器件或裝置。由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測(cè)物體或由被測(cè)物體。采用文利用惠斯通電橋，簡單檢測(cè)了敏感電容分別在水和冰中，其電容值隨檢測(cè)頻率的變化趨勢(shì)。分別用100HZ、1KHZ和10KHZ三種檢測(cè)頻率。可以發(fā)現(xiàn)，電容表面的覆蓋物為冰時(shí)，隨檢測(cè)頻率的增大器電容值急劇減小，而覆蓋物為水時(shí)，電容值幾乎不變。敏感電容接觸不同物質(zhì)，它的介電常數(shù)和檢測(cè)頻率的變化關(guān)系各不相同，如果通過后繼的電路把電容的值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓值，結(jié)果單片機(jī)分析和處理，可把模擬值轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，推斷出路面覆蓋物的類型。PT100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0℃時(shí)它的阻值為100歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長的。主要技術(shù)參數(shù)：

工作環(huán)境：-40~70℃，0~100%RH

供電：9~14VDC，<200mA

數(shù)據(jù)接口：RS-485

路面溫度量程：-40~70℃

路面溫度精度：±0.2℃（-10~10℃），±0.5℃（-40~70℃）

路面溫度分辨率：-0.1℃

冰點(diǎn)量程：-20~0℃

冰點(diǎn)精度：±0.1℃

冰點(diǎn)分辨率：-0.1℃圖3.3IRS21路面?zhèn)鞲衅髋c單片機(jī)的接口電路3.3.2溫、濕度傳感器1.溫度其測(cè)溫元件是鉑電阻Pt100鉑電阻的阻溫關(guān)系線性度很高，在-259.34℃和0℃的范圍內(nèi)可以用下面公式表示：Rt=R0[1+At+Bt2+C（t-100）t3]在0℃~+630.74℃的范圍內(nèi)可以用下公式來表示：Rt=R0（1+At+Bt2）其中，Rt、R0分別代表在t℃和0℃時(shí)的電阻值，t為溫度；A、B、C為常量，對(duì)于工業(yè)鉑電阻，一般標(biāo)準(zhǔn)為：A=3.96874×10-3℃，B=-5.84×10-7℃-2，C=-4.22×10-12℃-4。因?yàn)殂K電阻具有阻值隨溫度改變的特性，因此我們?cè)谧詣?dòng)氣象儀的采集器是利用的是四線制恒流源供電方式。在該線性化很好的電路中由此種供電方式將傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓值的變化從而達(dá)到對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量的目的。本設(shè)計(jì)采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用Pt100

熱電阻，當(dāng)Pt100電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。測(cè)溫原理：電路采用TL431和電位器VR2調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源；采用RA1、RA2、VR1、Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（其中R1＝R2，VR1為100Ω精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR1的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中RB1＝RC1、

RB2＝RC2、放大倍數(shù)＝RB2/RB1，運(yùn)放采用單一5V供電。

設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)：1.

同幅度調(diào)整RA1和RA2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大?。?/p>

2.

改變RB2/RB1的比值即可改變電壓信號(hào)的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計(jì)者對(duì)溫度范圍的要求

3.

放大電路必須接成負(fù)反饋方式，否則放大電路不能正常工作。

4.

VR1也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，例如Pt100的零點(diǎn)溫度為0℃，即0℃時(shí)電阻為100Ω，當(dāng)電位器阻值調(diào)至109.885Ω時(shí)，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了25℃。測(cè)量電位器的阻值時(shí)須在沒有接入電路時(shí)調(diào)節(jié)，這是因?yàn)榻尤腚娐泛鬁y(cè)量的電阻值發(fā)生了改變。

5.

理論上，運(yùn)放輸出的電壓為輸入壓差信號(hào)×放大倍數(shù)，但實(shí)際在電路工作時(shí)測(cè)量輸出電壓與輸入壓差信號(hào)并非這樣的關(guān)系，壓差信號(hào)比理論值小很多，實(shí)際輸出信號(hào)為4.096*(RPt100/(RA1+RPt100)-RVR1A2/(RA1+RV1RA2))式中電阻值以電路工作時(shí)量取的為準(zhǔn)。

6.

電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，因?yàn)槿绻苯覸CC的話，當(dāng)網(wǎng)壓波動(dòng)造成VCC發(fā)生波動(dòng)時(shí)，運(yùn)放輸出的信號(hào)也會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)再到以VCC未發(fā)生波動(dòng)時(shí)建立的溫度-電阻表中去查表求值時(shí)就不正確了，這可以根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算得知。本次放大電路我選用的是LM324,其內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。

圖3.4溫度傳感器溫度參數(shù)：測(cè)量范圍：-40~+60℃輸出標(biāo)定：3線連接電阻溫度感應(yīng)元件：Pt1002.濕度芬蘭Vaisala公司生產(chǎn)的HMP45D型號(hào)的濕度傳感器。目前是全世界氣象部門氣象觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)使用最普通的濕度傳感器，也是在我國是目前氣象部門地面氣象觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)自動(dòng)氣象站上統(tǒng)一使用相對(duì)濕度的傳感器。該傳感器的濕度傳感元件是電容式薄膜聚合物濕度傳感器是利用薄膜聚合物材料吸濕后介電特性發(fā)生變化的原理來測(cè)量相對(duì)濕度的。HMP45D濕度測(cè)量傳感器是用有機(jī)高分子膜做成的介質(zhì)的小型電容器，該電容的電介質(zhì)具有感濕特性，因此電容量也隨著電介常數(shù)的變化而產(chǎn)生變化。目前這種常用的濕敏電容的材質(zhì)通常有高分子薄膜和氧化鋁兩種類型。HMP45D這里所采用的是Humicap180高分子薄膜傳感器。感濕膜用醋酸纖維素，厚度極薄，約為0.5~1μm。表面金電極用真空蒸鍍法制成，厚度要求為0.02μm，能夠良好的滲透水分子。基片金膜電極腐蝕法制成，電極材料是貴金屬與碳。當(dāng)外界的相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí)，感濕膜的高分子聚合物能對(duì)水汽分子吸附時(shí)介電常數(shù)ε增加，濕敏電容量也增加，而當(dāng)聚合物能對(duì)水汽分子釋放時(shí)其介電常數(shù)ε減小，濕敏電容量也隨之減小。即是說總電容量C應(yīng)為空氣介質(zhì)電容C0與被測(cè)厚電介質(zhì)電容C1相串聯(lián)，即式中，S為電容器極板的有交面積，ε0為空氣的介電常數(shù)，εr為被測(cè)厚材料的相對(duì)介電常數(shù)，當(dāng)水氣介電常數(shù)已知后，電容量公與被測(cè)厚度d成比例，因此可以測(cè)得電容大小，此傳感電容量的變化范圍為48~56pF。我們將傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對(duì)應(yīng)溫度0~100%的變化，使傳感器的輸出呈0~1V的線性變化，由此測(cè)得濕度。濕度參數(shù)：測(cè)量范圍：0.8％RH~100％RH輸出標(biāo)度：0~100%RH等于0~1VDC濕度感應(yīng)元件：HUMICAP180圖3.5HMP45濕度傳感器3.3.3能見度傳感器前向散射式能見度儀工作原理：其發(fā)射器以紅外LED作為光源，通過透鏡、經(jīng)脈沖調(diào)制后光源照射到采樣空間，采樣空間內(nèi)的氣溶膠粒子對(duì)光產(chǎn)生散射，散射量大小與氣溶膠粒子的尺寸、濃度相關(guān)，氣溶膠粒子的尺寸、濃度又與大氣能見度相關(guān)。散射光經(jīng)濾光片濾出、接收器探測(cè)到前向散射信號(hào)，并根據(jù)一定角度上的散射信號(hào)與總散射量的關(guān)系確定總散射系數(shù)，由CPU通過專門算法轉(zhuǎn)化為能見度值。HW-N1型能見度儀機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：能見度傳感器、太陽能板、立桿、蓄電池等接收器光軸與發(fā)射器光軸相交的銳角θ為其工作角度。選擇工作角度原則是方向散射量較大、以保證測(cè)量信號(hào)足夠大、信噪比足夠高，同時(shí)，應(yīng)避免發(fā)射器的輻射光束直接射入接收器。實(shí)踐證明，在向前方向30°-50°散射角域內(nèi)，具有更強(qiáng)散射光、且角散射系數(shù)與總散射系數(shù)的比例因子更加穩(wěn)定?；谏鲜鲈瓌t，系統(tǒng)選用35°工作角度。發(fā)射器光路系統(tǒng)由光源、透鏡組成。系統(tǒng)選用880nm紅外發(fā)光二極管作為光源，透鏡我們選取火石光學(xué)玻璃并將透鏡的表面加鍍?cè)鐾副∧ぁＭ哥R作用是將紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光束的發(fā)散角壓窄，使發(fā)射光束能量體積密度增加。加鍍?cè)鐾副∧た蓽p少透射光能的發(fā)射損失，提高工作光譜帶的透過率。接收器光路系統(tǒng)由探測(cè)光電管、透鏡、濾光片組成。探測(cè)光電管作用是探測(cè)被發(fā)射器發(fā)射、大氣散射的部分紅外光脈沖，輸出與這部分紅外光脈沖成正比的模擬電源信號(hào)。系統(tǒng)選用離子著色選擇性吸收玻璃為濾光片。HW-N1型前向散射能見度儀硬件，包括發(fā)射單元、接收單元、采集控制單元等。HW-N1型前向散射能見度儀發(fā)射器由一個(gè)紅外LED、控制、光強(qiáng)度監(jiān)測(cè)器等組成。發(fā)射單元按固定頻率發(fā)射。一個(gè)反饋光敏二極管監(jiān)控發(fā)射光的強(qiáng)度，并用來反饋調(diào)整光強(qiáng)變化至預(yù)置值，其產(chǎn)生的能量信號(hào)送到采集控制器處理。其發(fā)射器原理。其接收器由光電傳感器、濾波放大器、交流放大器等組成，接收光敏二極管檢測(cè)從大氣氣溶膠散射的光脈沖。這個(gè)信號(hào)被經(jīng)同步解調(diào)器再經(jīng)過過濾、放大后得到了能見度信號(hào)，并將該信號(hào)送到采集控制器處理。其接收器原理。主要參數(shù)：技術(shù)指標(biāo)

測(cè)量范圍：1～22000m

準(zhǔn)確度：±1.5%(≤1000m)；±20%(＞1000m)

工作環(huán)境：溫度-45～+50℃濕度0-100%

前向散射測(cè)量角：33°輸出信號(hào)：模擬信號(hào)0~5V圖3.6能見度傳感器3.3.4風(fēng)速風(fēng)向傳感器現(xiàn)設(shè)計(jì)定型的傳感器型號(hào)為ZQZ—TF風(fēng)向風(fēng)速傳感器。風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器工作原理是：風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件為三杯式回轉(zhuǎn)架，信號(hào)變換電路為霍爾開關(guān)電路。在水平風(fēng)力作用下，風(fēng)杯組旋轉(zhuǎn)，通過主軸帶動(dòng)磁棒盤旋轉(zhuǎn)，其上的36只磁體形成18個(gè)小磁場(chǎng)，風(fēng)杯組每旋轉(zhuǎn)1圈，在霍爾開關(guān)電路中感應(yīng)出18個(gè)脈沖信號(hào)，其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增加。其校準(zhǔn)方程為：V=011F(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)元件為風(fēng)向標(biāo)組件。角度變換為格雷碼盤加光電電路。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)組件隨風(fēng)向旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)主軸及碼盤一同旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)2.18125°，位于光電器件支架上下兩邊的7位光電變換電路就輸出1組新的7位并行格雷碼，經(jīng)整形電路整形并反相后輸出。傳感器具有動(dòng)態(tài)特性好、線性好、精度高、靈敏度高、抗風(fēng)強(qiáng)度高(≤70m/s)、測(cè)量范圍寬(0～60m/s)、互換性好、工作可靠、抗雷電干擾能力強(qiáng)等多種優(yōu)良性能。風(fēng)杯由特種工程塑料注塑成型，風(fēng)向標(biāo)尾翼板用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛性好且在高溫高壓條件下成型的非金屬材料制造。具有重量輕,強(qiáng)度好、抗風(fēng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。主要參數(shù)數(shù)據(jù)：測(cè)量范圍：0——70M/S工作環(huán)境溫度：-40℃～50℃；濕度≤100％RH輸出信號(hào)：脈沖信號(hào)；0-2.5VDC、0-5VDC圖3.7風(fēng)速風(fēng)向傳感器實(shí)物圖圖3.8風(fēng)速、風(fēng)向儀接口圖3.4通訊模塊的設(shè)計(jì)GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40~100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS是一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。

深圳市宏電技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的H7000無線DDN系統(tǒng)為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。主要針對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、金融、證券等部門的應(yīng)用，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，同時(shí)考慮到各應(yīng)用部門組網(wǎng)方面的需要，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。

H7100GPRSDTU特點(diǎn)

1)透明數(shù)據(jù)傳輸：H7118GPRSDTU直接提供RS-232/422/485接口，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道。

2)無需后臺(tái)計(jì)算機(jī)支持：普通GPRSModem通常需要附著在PC機(jī)上虛擬撥號(hào)上網(wǎng)，利用PC機(jī)的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換，H7118GPRSDTU內(nèi)置自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接和協(xié)議處理模塊，無需后臺(tái)計(jì)算機(jī)支持。

3)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、對(duì)等、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸：H7118GPRSDTU可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)～點(diǎn)、點(diǎn)～多點(diǎn)、中心～多點(diǎn)的對(duì)等數(shù)據(jù)傳輸，傳輸時(shí)延一般小于1秒。

4)永遠(yuǎn)在線：H7118GPRSDTU一開機(jī)就能自動(dòng)附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時(shí)收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

5)按流量計(jì)費(fèi)：H7118GPRSDTU一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)，不收費(fèi)用。

6)高速傳輸：GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到160Kbps，速率的高低取決于移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供20~40Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。

7)組網(wǎng)簡單、迅速、靈活：H7000移動(dòng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以不依賴于運(yùn)營商交換中心的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動(dòng)數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)中采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)氣象信息的遠(yuǎn)程傳輸，所以選用的就是深圳宏電公司的模塊H7118GPRS模塊。用GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，時(shí)考慮到各應(yīng)用部門組網(wǎng)方面的需要,在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。H7118GPRSDTU：TL電平及RS232/422/485接口、性能，適用于使用環(huán)境惡劣的各種工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象等應(yīng)用。H7118GPRSDTU技術(shù)指標(biāo)：GPRS數(shù)據(jù)：PRSclass2一10；編碼方案：Sl一CS4；符合SMG31bis技術(shù)規(guī)范。接口：天線接口50Ω/MMCX陰頭SIM卡3V；串行數(shù)據(jù)接口；H7118D標(biāo)準(zhǔn)TTL電平；H7118C標(biāo)準(zhǔn)RS232D/CE；H711852兼容RS422和RS485；串行數(shù)據(jù)速率：10一115，200bit/s；配置接口：TTL電平接口及RS232/422/48；話音接口耳機(jī)和麥克風(fēng)；告警輸出接口電平輸出；數(shù)據(jù)接口類型：20Pin2.0DIP/BxoHeader。供電：電壓+7.5一+26vDCOH7118的引腳的介紹1、+7.5~26VDC電源供電正極平均工作電流450mA2、+7.5~26VDC電源供電正極平均工作電流450mA3、保留4、保留5、GND地線6、GND地線7、RTS(RS485-/B)、RS422RX-請(qǐng)求發(fā)送RS485接口中為RS485-/B；RS422模式下RX-8、DTR(RS485+/A)、RS422RX+數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好RS485接口中為RS485+/A；RS422模式下RX+9、RING、RS422TX+拔號(hào)信號(hào)RS422模式下TX+10、Tx、RS422TX-發(fā)送的數(shù)據(jù)RS422模式下TX-11、DSR數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好12、CD載波信號(hào)檢測(cè)13、Rx接收到的數(shù)據(jù)14、CTS數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)15、PWCON-電源控制信號(hào)系統(tǒng)外部電源控制信號(hào)：ON：+2.4V～+5.5VOFF：0～0.6V16、(V3.0及V3.0以下硬件版本的產(chǎn)品)POWERON電源開關(guān)信號(hào)NC/高(3~26V)：電源默認(rèn)為開，通過47K(1/8W)電阻與P1、P2(電源供電正極)聯(lián)接。L/低：接地(GND)，電源關(guān)。(V5.X硬件版本的產(chǎn)品)PWCON+電源控制信號(hào)系統(tǒng)外部電源控制信號(hào)：ON：0～0.6VOFF：+2.4V～+5.5V17、MIC-GND麥克風(fēng)接地V5.X硬件版本的產(chǎn)品支持18、GND接地19、MIC+麥克風(fēng)正極20、SPK+耳機(jī)正極單片機(jī)的TXD接到GPRS的13腳RXD端；RXD接到GPRS的10腳TXD端；PB4和GPRS的7腳RTS端相連；PB3和GPRS的15腳RES端相連；PB2和GPRS的14腳CTS端相連。PB1和GPRS的16腳電源控制端相連。每分鐘通過PB4發(fā)出請(qǐng)求發(fā)送的信號(hào)，然后檢測(cè)PB2腳，判斷GPRS模塊是否準(zhǔn)備好,如果準(zhǔn)備好，說明模塊和數(shù)據(jù)中心都沒有問題。如果模塊沒有準(zhǔn)備好,通過軟件判斷是否超過三次，再檢測(cè)然后檢測(cè)PB2腳,判斷是否正常,否則模塊可能工作不正常,可以通過PB3口復(fù)位GPRS模塊，使模塊重新啟動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。再次判斷三次是否正常，否則認(rèn)為數(shù)據(jù)中心有問題，關(guān)掉GPRS模塊的電源6小時(shí)。然后再打開電源，重復(fù)上述過程。在GPRS模塊故障其間漏掉的數(shù)據(jù),可以在網(wǎng)絡(luò)正常時(shí),通過數(shù)據(jù)中心向自動(dòng)站索要丟失的數(shù)據(jù)。這比只用TXD、RXD、地三根信號(hào)線通訊要可靠的多。圖3.9H7118的實(shí)物圖和與單片機(jī)的連線圖3.5人機(jī)接口部分的設(shè)計(jì)3.5.1按鍵電路的設(shè)計(jì)按鍵電路分兩種，一種是獨(dú)立式按鍵，一種是矩陣式按鍵。矩陣式按鍵適合于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。所以這里選用獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。故在按鍵較少時(shí)，常用這種按鍵電路。本設(shè)計(jì)中采用四個(gè)按鍵S1、S2、S3、S4。S1是加按鈕，S2是減按鈕，S3是變換按鈕，S4是確定按鈕。四個(gè)按鍵分別接到單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，相應(yīng)的I/O口會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，單片機(jī)識(shí)別以后會(huì)調(diào)用其相應(yīng)按鍵的子程序，來實(shí)現(xiàn)按鍵的作用。圖3.10按鍵電路3.5.2顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路是選擇LCD12232液晶顯示屏，因?yàn)橛捎谝壕э@示器顯示質(zhì)量高，每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。而且液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。液晶顯示器通過LCD顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它LED顯示器要少得多。由于本設(shè)計(jì)需要對(duì)測(cè)量的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、能見度、路面的結(jié)冰狀況的監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，所以選用了兩塊LCD12232的顯示液晶屏對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。一片LCD12232能顯示兩行，每行8個(gè)字，并且可以顯示數(shù)字、漢字、字母，LED+：背光源正極，接+5V；LED-：背光源負(fù)極，接地；V0：液晶顯示偏壓信號(hào)，通過電位器R2調(diào)節(jié)；RS：決定傳輸類型是數(shù)據(jù)或命令，1表示傳送的是數(shù)據(jù)，0表示傳送的令；R/W：讀/寫控制，1表示讀，0表示寫；E：使能端；DB0~DB7：數(shù)據(jù)端口；圖3.11LCD顯示電路3.5.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主報(bào)警電路由一個(gè)自我震蕩型蜂鳴器和一個(gè)三極管組成，P2.7口輸出低電平，蜂鳴器蜂鳴，報(bào)警電路開始工作。晶體管的基極加上一只限流電阻，防止晶體管因輸入電流過大而損壞。當(dāng)P2.7為高電平的時(shí)候，LM9011三極管導(dǎo)通，\o"蜂鳴器價(jià)格詳情"LAl6一B蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警工作。圖3.12報(bào)警電路圖

軟件設(shè)計(jì)4.1主流程圖主程序流程圖如圖4.1所示，通過軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序的框架，控制著單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)。監(jiān)控程序的主要作用是能及時(shí)的響應(yīng)來自系統(tǒng)內(nèi)部的各種服務(wù)請(qǐng)求，有效地管理系統(tǒng)自身軟硬件及人機(jī)對(duì)話設(shè)備與系統(tǒng)中其它設(shè)備交換信息，并在系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)作出相應(yīng)處理。開始開始初始化顯示電路子程序按鍵電路子程序報(bào)警電路子程序A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)束下次采集判斷是否超出設(shè)定路面?zhèn)鞲衅黠L(fēng)速風(fēng)向傳感器GPRS無線通訊模塊NY標(biāo)度變換有按鍵按下NY該通道是否采集下一路模擬通道發(fā)送通道地址YN圖4.1主程序流程圖4.2子程序流程圖4.2.1顯示流程圖顯示程序是用來實(shí)時(shí)顯示所測(cè)質(zhì)量的值，該部分程序是將顯緩單元數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，采用的是LCD12232液晶顯示屏既可以顯示漢字，又可以顯示字母，兩片顯示屏，可以把所有數(shù)據(jù)顯示出來，其流程圖如4.2所示。開始開始初始化1602延時(shí)設(shè)置第一行顯示位置設(shè)置第二行顯示位置返回是否顯示完顯示第二行內(nèi)容循環(huán)顯示YN顯示第一行內(nèi)容圖4.2顯示程序流程圖4.2.2按鍵流程圖按鍵程序是個(gè)人機(jī)交互的過程，為用戶提供設(shè)定初始值的。按鍵有獨(dú)立式和矩陣式，由于按鍵較少，所以這里我們選用獨(dú)立式按鍵。如圖4.3所示。開始開始按鍵按下按鍵1按鍵3按鍵4按鍵2NY保持原來的狀態(tài)返回返回返回返回返回P2.0=0P2.1=0P2.2=0P2.3=0鍵盤掃描加指令減指令變換指令確定指令圖4.3按鍵程序流程圖4.2.3GPRS通訊流程圖GPRS無線通訊程序是為了把所測(cè)量的所有的數(shù)據(jù)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。首先初始化GPRS通訊模塊，然后再判斷單片機(jī)的I/O是否檢測(cè)到數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到單片機(jī)的I/O有數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，就把所有的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊H7118，以無線的方式發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，上位機(jī)就可以通過互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即時(shí)通訊。開始開始H7118GPRS模塊初始化單片機(jī)測(cè)量口是否有數(shù)據(jù)串口收到GPRS數(shù)據(jù)NNYY將數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送出去數(shù)據(jù)發(fā)送是否完畢NY單片機(jī)處理數(shù)據(jù)圖4.4GPRS無線通訊流程圖4.2.4報(bào)警流程圖與ADC0809啟動(dòng)流程圖當(dāng)所測(cè)得的數(shù)據(jù)超出設(shè)定值的時(shí)候，需要進(jìn)行報(bào)警提醒，這就是報(bào)警程序所起的作用。當(dāng)超出超出設(shè)定值的時(shí)候，P2.7輸出高電平。電路開始工作。數(shù)據(jù)采集由ADC0809芯片來完成，主要分為啟動(dòng)、讀取數(shù)據(jù)、延時(shí)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元、繼續(xù)轉(zhuǎn)換幾個(gè)步驟。ADC0804初始化后，就具有了將某一道輸入0到5V模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量00H到FFH，然后再存入89S52內(nèi)部RAM的指定單元中，其轉(zhuǎn)換方式可以采用程序查詢方式，延時(shí)等待方式和中斷方式三種。本設(shè)計(jì)采用延時(shí)等待方式，如圖4.5所示。開始開始初始化P2.7高電平報(bào)警電路工作返回開始初始化啟動(dòng)ADC0809開始轉(zhuǎn)換延時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)束返回比設(shè)定值大NY圖4.5報(bào)警程序流程圖與ADC0809流程圖

通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn)5.1GPRS模塊的設(shè)置由于每個(gè)GPRS終端的SIM卡號(hào)是唯一的號(hào)碼,所以數(shù)據(jù)中心可根據(jù)SMI卡號(hào)確定監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)。GPRSDTU內(nèi)置自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接和協(xié)議處理模塊，無需后臺(tái)計(jì)算機(jī)支持。GPRSDTU一開機(jī)就能自動(dòng)附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時(shí)收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)。在使用自動(dòng)氣象站之前。要對(duì)GPRS數(shù)據(jù)終端在使用前必須進(jìn)行設(shè)定，以便迅速建立用戶專業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行正確的設(shè)置，只有正確地進(jìn)行了設(shè)置，才能使采集器準(zhǔn)確可靠地向數(shù)據(jù)中心發(fā)送各種氣象數(shù)據(jù)。必須設(shè)定的初始參數(shù)有：通信接口參數(shù)；數(shù)據(jù)服務(wù)中心的地址或注冊(cè)服務(wù)器的地址；DTU網(wǎng)絡(luò)識(shí)別DI；TDU在線工作模式。H7118GRPS無線DDN數(shù)據(jù)終端屬智能性數(shù)據(jù)通信終端,安裝設(shè)置完成后，接入用戶數(shù)據(jù)源即可使用，正常運(yùn)行時(shí)無需用戶介入，為用戶構(gòu)建全透明傳輸、永遠(yuǎn)在線的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)專用網(wǎng)絡(luò)。5.2數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)簡介數(shù)據(jù)中心工作站是自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制中心。它主要有三臺(tái)主機(jī)構(gòu)成:主服務(wù)器，無線數(shù)據(jù)接收處理服務(wù)器和WEB服務(wù)器，如圖5.1：基于GPRS的多要素自動(dòng)氣象站第五章網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn)圖5.1數(shù)據(jù)中心站構(gòu)成示意主服務(wù)器安裝Wlndwos7操作系統(tǒng)，并安裝了SQLSevrer2000數(shù)據(jù)庫管理軟件。所有來自終端自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)首先進(jìn)入具有固定的PI地址的主服務(wù)器。但是考慮到服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行問題通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)用軟件，為了降低主服務(wù)器的負(fù)荷，系統(tǒng)中需要另外增加兩臺(tái)服務(wù)器來分擔(dān)主服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。這三臺(tái)服務(wù)器共同構(gòu)成數(shù)據(jù)中心工作站(DSC)。雖然數(shù)據(jù)中心站有多臺(tái)服務(wù)器，但它對(duì)外部公網(wǎng)只提供一個(gè)PI地址，因此在架設(shè)過程中采用了一種網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)技術(shù)。NAT端口映射功能將一臺(tái)主機(jī)的假PI地址映射成一個(gè)真PI地址，當(dāng)用戶訪問提供映射端口主機(jī)的某個(gè)端口時(shí)，服務(wù)器將請(qǐng)求轉(zhuǎn)到內(nèi)部提供這種特定服務(wù)的主機(jī)。可以讓內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)機(jī)器對(duì)外部提供WWW服務(wù)，而不是將真PI地址直接轉(zhuǎn)到內(nèi)部提供WWW服務(wù)的主機(jī)。兩臺(tái)處理服務(wù)器對(duì)外具有不同的PI端口，來自無線自動(dòng)氣象站的信息通過主服務(wù)器的端口映射由無線數(shù)據(jù)接收處理服務(wù)器接收，然后再送回到主服務(wù)器保存在SQLSever數(shù)據(jù)庫；WWW服務(wù)器則從主服務(wù)器上調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫，將氣象信息在WBE頁上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新顯示，以供外部用戶通過hietmet訪問。

總結(jié)本文在完成了高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上。本文介紹了高速公路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化的意義及GPRS通訊的優(yōu)點(diǎn)，分析了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)要求后，主要討論了下面幾個(gè)主要問題：1.完成了各氣象要素的信號(hào)采集傳感器的選用和性能的分析，根據(jù)氣象部門的要求，選擇了合適的傳感器，分析了各傳感器的對(duì)外接口和性能，為我們的電路和處理軟件設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。2.完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與傳感器的接口，并設(shè)計(jì)了接口處理電路。同時(shí)對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度信號(hào)設(shè)計(jì)了調(diào)理電路。3.GPRS通訊技術(shù)相對(duì)其它方式的優(yōu)點(diǎn)，分析了接口參數(shù)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了可靠的通信接口電路，使氣象數(shù)據(jù)可以可靠地通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)傳給數(shù)據(jù)中心。該自動(dòng)站經(jīng)過調(diào)試后表明系統(tǒng)工作正常，GPRS通訊實(shí)時(shí)可靠，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。GPRS通訊技術(shù)相對(duì)其它方式的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合具體的GPRS模塊H7118分析了接口參數(shù)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了可靠的通信接口電路。使氣象數(shù)據(jù)可以可靠地通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)傳給數(shù)據(jù)中心

參考文獻(xiàn)[1]趙負(fù)圖，新型傳感器集成電路應(yīng)用手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2009年9月[2]周潤景，郝曉霞.傳感器與檢測(cè)技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2009年11月[3]鄔寬明.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)—數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005.8月[4]康維新，傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].中國輕工出版社，2009年6月[5]鄔寬明單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)—數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年[6]張利川，張曉博.智能儀器原理及設(shè)計(jì)，北京：清華大學(xué)出版社2008年7月[7]李虹，基于機(jī)器視覺路面狀態(tài)識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究[D]，長春:吉林大學(xué),2009.[8]馮民學(xué)，高速公路交通氣象智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究[D]，南京:信息工程大學(xué),2005[9]陳偉立，霧對(duì)高速公路交通安全的影響分析與研究[D]，西安:長安大學(xué),2005.[10]王柏林，胡玉峰，李佳。移動(dòng)式自動(dòng)氣象站設(shè)計(jì)及其在應(yīng)急氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)中的應(yīng)用[J]，氣象科技,2006.[11]梅麗鳳，王艷秋。單片機(jī)原理及接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2009年[12]JimmyKjellsson,AnneElisabethVallestad,RichardSteigmann,etal.IntegrationofaWirelessI/OInterfaceforPROFIBUSandPROFINETforFactoryAutomation[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics2009,5610).[13]CarterDA,EcklundWL,GageKS,etal.Firsttestofashipboardwindprofiler[J].BullAmerMeteor,2005,

致謝非常感謝老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她們給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她們放棄了自己的休息時(shí)間，她們的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她們表示我誠摯的謝意。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！

附錄II#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitADC_START=PB^0;sbitADC_ALE=P3^3;sbitADC_OE=P3^2;sbitADC_EOC=P3^1;sbitD0=PA^0;sbitD1=PA^1;sbitD2=PA^2;sbitD3=PA^3;sbitD4=PA^4;sbitD5=PA^5;sbitD6=PA^6;sbitD7=PA^7;ucharad_dat;/*函數(shù)名：delayus(i)功能：延時(shí)t=(12*i+14)us參數(shù)：i返回值：無備注:晶振12MHz*//*voiddelayus(i){for(i;i>0;i--);}*//*dac0809初始化*/voidinit0809(){ADC_START=0;ADC_OE