简易自动气象观测站设计由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“自动气象观测系统”。
摘要
本设计研究了以单片机STC89C51芯片为核心的简易自动气象观测站，本系统集成了温度、湿度、气压、风力、降水量等气象参数的测量，其精度较高，能够符合设计要求。通过STC89C51芯片的处理，能将采集到的各种气象参数显示在LED液晶屏幕上，具有良好的人机交互界面和完善的功能，为未来的气象测量的小型化、便捷化、实时化、专业化提供了良好的应用前景和坚实的保证。
本文开始就介绍了当前国内简易气象观测技术的研究动态和当前的市场环境，分析了现在使用的天气测量仪器存在的主要问题和未来的发展方向，指出研究简易、高性能的集成化气象观测站的必要性。
接着，提出了简易气象观测站系统的总体设计方案，使得整个系统真正实现简易化、专业化及智能化。在选择先进的单片机STC89C51芯片的基础上，采用多种符合设计要求的传感器和单元电路，实现了对基本气象要素的观测和相应数据信息的实时显示。
最后，设计了该气象观测站系统的控制测量硬件电路和编写相应的软件程序，经过硬件调试和最后的试验结果表明，所设计的简易气象观测站能测量各种书气象要素，基本实现了系统的性能指标和技术要求，具有全天候，高精度，实时性，方便灵活和质优价廉的特点，适合于各领域广泛应用。
关键词：简易；气象观测站；显示系统；单片机；传感器
Abstract This design will make a research of simple automatic meteorological station with the core of Single Chip Microcomputer STC89C51.This system will measure the following meteorological parameters including temperature, humidity, air preure, wind strength, rainfall, which mark with high accuracy and are able to fulfill the design requirements.After proceing of the chip STC89C51, each meteorological parameter collected, can be displayed on the LED screen with favorable interface between human and machine as well as impeccable function, providing a good prospect in application and solid aurance for minimized convenient, real-time, and profeional meteorological survey.In the beginning, the thesis introduces the research status of simple meteorological observatory technology in China at present and current market environment, analyze the major problem and future development of the measuring instrument for weather used at present as well as indicate the neceity to make a research of the simple and integrated meteorological station with high performance.After that, the thesis puts forward the general design proposal the system of simple meteorological station, realizing a simple, profeional and intelligent system in a whole way.Based on option of the advanced Single Chip Microcomputer STC89C51, the system applies various kinds of sensor and unit circuit which all meet the design requirements to observe the basic meteorological elements and achieve real-time display of data and information accordingly.Finally, the thesis designs the hardware circuit to control and measure the system of meteorological station and compiles relevant software program.The hardware commiioning and final test result show that the designed simple meteorological station, with the characteristics of all-weather observation, high accuracy, real-time, convenience, flexibility, best quality and low cost, is capable of measuring each meteorological element, basically realizes the system performance index and technical requirement, and is suitable for applying to every field in a comprehensive way.Key words: Simplicity, Meteorological Station, Display system, Single Chip Microcomputer, Sensor.目 录绪论 ····················································································· 3
1.1 研究背景及意义 ····················································································· 3 1.2 自动气象站的现状及发展 ········································································· 4 1.2.1国内自动气象站的现状及发展 ································································ 4 1.2.2国外自动气象站的现状及发展 ································································ 4 1.2.3自动气象站发展前景 ············································································ 5 1.3 本文研究内容 ························································································ 5系统方案选择与论证 ······································ 错误！未定义书签。
2.1 设计要求 ···································································· 错误！未定义书签。2.2 方案选择 ···································································· 错误！未定义书签。2.3 方案论证 ···································································· 错误！未定义书签。硬件选型与简介 ············································ 错误！未定义书签。
3.1 STC89C51单片机 ·························································· 错误！未定义书签。3.2 数字温湿度传感器DHT11 ·············································· 错误！未定义书签。3.3 单极霍尔效应开关ES3144 ·············································· 错误！未定义书签。3.4 ARDUINO水位传感器 ··················································· 错误！未定义书签。3.5 A/D转换器ADC0804 ······················································· 错误！未定义书签。3.6 BMP085数字气压传感器 ················································ 错误！未定义书签。3.7 液晶显示器 ································································· 错误！未定义书签。硬件设计与实现 ············································ 错误！未定义书签。
4.1 气压风速监测单元 ························································ 错误！未定义书签。4.2 温度湿度降雨量监测单元 ··············································· 错误！未定义书签。4.3 时钟显示单元 ······························································ 错误！未定义书签。软件设计及实现 ············································ 错误！未定义书签。
5.1 气压风速检测单元 ························································ 错误！未定义书签。5.1.1风速检测 ································································· 错误！未定义书签。5.1.2气压检测 ································································· 错误！未定义书签。5.1.3 LCD12864显示程序 ··················································· 错误！未定义书签。5.2 温度湿度降雨量检测 ····················································· 错误！未定义书签。5.2.1温度湿度检测程序 ····················································· 错误！未定义书签。5.2.2水位检测程序 ··························································· 错误！未定义书签。5.2.3 LCD5110显示程序 ···················································· 错误！未定义书签。
5.3 时钟模块 ···································································· 错误！未定义书签。系统测试 ····················································· 错误！未定义书签。
6.1 测试准备 ···································································· 错误！未定义书签。6.2 测试过程及结果 ··························································· 错误！未定义书签。6.2.1数据测量 ································································· 错误！未定义书签。6.2.2系统实现的功能 ························································ 错误！未定义书签。6.2.3总结 ······································································· 错误！未定义书签。
谢辞 ······························································ 错误！未定义书签。参考文献 ························································ 错误！未定义书签。附录 ······························································ 错误！未定义书签。绪论
当前，全球气候环境面临着巨大的挑战，各种极端天气频发，冷冻雨雪、干旱等气候是我们必须要面对的。面对日益严峻的气候环境，对气象环境的监测显得尤为重要，而对气象的监测需要良好的气象监测仪器。
现阶段，我国已经能够独立的研究、生产具备丰富功能的气象监测仪器，各种类型的气象监测仪器在不同的使用环境中正发挥着巨大的作用。本次设计将集中使用单片机技术、稳定且先进的传感器测量技术以及先进的液晶显示技术，设计制作一套简易自动气象观测站。
本次设计的简易自动气象观测站，能够实时监测大气环境中的温度、湿度等五类气象要素，在运行相应的程序时，能够实现数据的自动采集、传输、处理和显示。这套设备不仅能够精确的监测气象环境，还要做到一定的便携性，减少工作人员的工作量，提高观测效率。1.1 研究背景及意义
我们每天通过气象预报了解天气变化情况，而我国目前的天气预报的内容还比较简单，虽然能够满足日常民众出行需求，但是对工农业的生产发展而言，还需要实现更多气象要素的监测预报。目前，我国的气象监测要素中，包括空气温度、空气湿度、蒸发量、辐射、降雨量等都能够通过气象监测站实现仪器自动化监测，但是依然还有很多的大气环境监测只能通过人工的方式监测。本次设计选取了五个适于气象监测仪自动检测的气象要素进行检测。
国内的气象观测技术现在还没能够实现完全的自动化，有一些气象监测站还需要进行常规的人工地面气象监测，但是目前正在普及的地面自动气象观测站，已经能够实现一次安装，永久自动监测，其不需要工作人员每天蹲守记录，可以实现实时气象检测发送。而且国内现阶段研发的气象站，不仅技术先进，而且质优价廉，维护成本低，都具有数字化、智能化、集成化等特点。
国外的气象观测技术发展的早，技术积累深厚，比如美国、德国和芬兰，他们的产品所具备的性能技术代表着气象观测技术最先进的水平。近年来，国外很多先进的气象观测产品开始逐步进入我国市场，但因为其价格过于昂贵，外国对中国的技术封锁，国外厂家的技术支持和售后服务得不到保障，在国内并没能得到广发的推广应用。
我国的气象工作者在实际工作中积累了丰富的经验，他们在使用自动气象观测站的时候也发现了很多问题。传统使用的气象观测站结构十分集中，采集某一种数据只能搭配相应的传感器，整个系统处于封闭状态，在使用过程中发现问题
时不适宜直接拆解更换传感器或增加功能。尽管我国对气象观测站的需求巨大，国产化水平也逐步提高，但是关键的传感器技术水平较国外先进水平还有一定的差距。所以，要提高我国气象监测的自动化水平，提高气象监测数据的准确性，大力发展国产传感器技术以及生产水平是关键。所以在参考实际监测需求的前提下，利用多年来我国气象监测所积累的实践经验，设计生产出先进高端的自动气象观测站和相关的气象传感器，是我国气象工作者的使命所在。1.2 自动气象站的现状及发展 1.2.1 国内自动气象站的现状及发展
当前，我国有着众多的相关公司在生产研制气象站。有些厂家掌握着先进核心的传感器技术，有些厂家掌握着先进的数据处理技术，但他们各自为政，很难生产出能够跟国际先进同类产品相抗衡的产品。
综合我国目前所使用的气象观测站已经他们在实际使用当中的情况，总结如下：
（1）气象观测站大多使用集中式结构，系统落后且封闭。不同厂家不同型号的气象观测站，在采集相同的数据时，采用不同型号的传感器，没有统一的标准，这对气象站后期的维修升级造成了很大的不便。这与我国早就提出的“综合气象观测系统工程”的战略发展要求产生了冲突。
（2）国内厂家大多只是拼凑一个气象站外壳，核心部件比如传感器等还都是从国外购买，受到了巨大的技术限制。但是国内生产的传感器精确度低，可靠性差，又不适合实际使用。能够实现自动监测的气象较少，如云、能见度等气象要素急需能够实现自动监测。
（3）国内的自动观测站所使用的各种器件都是配套使用的，当需要升级或者扩充气象站的观测功能时，不方便或者不能新增相应的元器件，造成不能直接升级，必须拆卸整个观测站进行更换，造成资源浪费。1.2.2 国外自动气象站的现状及发展
世界范围内，芬兰的气象观测技术绝对是世界领先的。VAISALA公司生产的气象监测产品占据了较大的市场份额，其代表性产品有MAW S201系列，这款产品精度高，可靠性强，是气象站的代表之作。国外强大的研发实力和深厚的技术积累决定了他们的气象监测产品具有如下特点：
（1）先进的传感器技术。国外的传感器稳定性极强、精度高，而且功能丰富，不仅能实现基本的气象六要素观测，还能够实现对能见度、土壤含水量、土壤中水的温度等要素的观测，而且产品已经很成熟。
（2）系统开放。国外的气象站在设计时考虑到了今后的发展，根据用户使用环境的不同，可以随意增减各种传感器、并且操作简单。制定严格的数据传输标准，各个国家严格遵守，但是用户可以根据自己的需要，自由配置相应的数据输出格式。
（3）硬件制作精良。很多气象站工作在恶劣的环境中，对硬件要求较高，国外设计采用了良好的防护措施，能够安装在各种复杂的应用环境。气象站装机过程简单，有问题时维修便捷，装备具备机动性能。
（4）国外气象站虽然在传感器、软件等核心部件上具备先进的技术，但是经过国内多年实践检验来看，并不能够完全适应我国的实际使用情况。因为国外的设计人员并没有根据国内各地的实际需求去改进相关部件，所以导致了很多情况下先进的气象站并没有精确表现出其应有的功能。1.2.3 自动气象站发展前景
现阶段来看，国内生产的气象监测产品已经能够基本满足我国的气象监测业务的需求，但是和国外同行相比，我国现在的气象观测产品还是有着巨大的差距，比如测量精确度、测量范围等。这种差距对我国气象监测事业有着巨大的不利影响，只有逐步减小差距，我国的气象事业才能蓬勃发展。在发展自动观测技术的同时，我们更应该加大力气，研发出更加先进的传感器、数据处理系统等，让我国的自动气象观测技术跻身世界先进行列，这对我过的经济社会发展也是极大的利好。
1.3 本文研究内容
本设计研究制作了一个简易气象观测站，根据实际使用的情况，增加了一个时钟，气象站能够实现对温度、湿度等五个气象要素的实时检测。在参阅国内外该领域的相关文献资料后，分析了简易气象观测站的原理和实现方法，提出了简易气象观测站在硬件和软件上的设计思路和实现方法，并在此基础上制作简易气象站的硬件和编写相应的软件程序，最终完成整个观测站的制作，让系统能够正确运行。
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