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便攜式小型氣象站的系統(tǒng)的硬件主要由什么組成

1 系統(tǒng)概述 

目前，應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、氣象等方面的便攜式溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本上是采用有線式的，其便攜式性能主要體現(xiàn)在移動(dòng)和架設(shè)的方便程度等方面，在實(shí)際使用過程中仍然需要系統(tǒng)布線、建立連接等，并且體積較大，攜帶不便，不能滿足便攜式設(shè)備的要求。

便攜式小型氣象站系 統(tǒng)主要包括采集與發(fā)送、接收與數(shù)據(jù)處理兩個(gè)部分。采集與發(fā)送部分完成自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)無線發(fā)射、接收指令完成相關(guān)設(shè)置等。架設(shè)方式可根據(jù)具體需要來定。 接收與數(shù)據(jù)處理部分完成數(shù)據(jù)接收和顯示，并接收鍵盤指令對(duì)兩個(gè)部分進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，根據(jù)設(shè)置的報(bào)警方式觸發(fā)報(bào)警等。由于本系統(tǒng)元器件不多，可以制成手持式或臺(tái)式。手持式的數(shù)據(jù)顯示方式宜采用液晶顯示模式，一方面節(jié)省能源，另一方面可大大縮小外觀體積，更適于便攜。臺(tái)式的接收與數(shù)據(jù)處理可采用數(shù)碼管顯示的方式，遠(yuǎn)距離觀察時(shí)效果比較好。

2 系統(tǒng)工作組成

本便攜式小型氣象站系統(tǒng)的硬件主要由單片機(jī)和存儲(chǔ)單元、AD 轉(zhuǎn)換單元、傳感器單元、無線傳輸單元、電源單元組成。

2.1 單片機(jī)和存儲(chǔ)單元

便攜式小型氣象站單片機(jī)采用 Atmel 的 AT89S51。S1、C3 和 R1 構(gòu)成單片機(jī)復(fù)位電路，C1、C2 和 11.0592MHz 晶振組成穩(wěn)定的時(shí)鐘電路，為單片機(jī)可靠工作提供保證。S51第 31 腳（/EA/VP）接高電平，使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。24C01 用來保存有關(guān)參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)。

AD 轉(zhuǎn)換采用常見的 8 位雙通道 AD 轉(zhuǎn)換器ADC0832，工作時(shí)鐘由 D 觸發(fā)器 74LS175 對(duì)單片機(jī)ALE 腳輸出的時(shí)鐘信號(hào)（頻率約為 1.8434MHz）8 分頻后提供，ADC0832 與單片機(jī)和傳感器的連接見圖 1。

2.3 傳感器單元

傳感器主要包括溫度、濕度和氣壓等 3 種傳感器。溫度傳感器采用 Dallas 半導(dǎo)體公司的“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20，其溫度測(cè)量范圍為-55~+125℃，在-10~+85℃范圍內(nèi)的精度為±0.5℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸給單片 機(jī)，能大大提高便攜式小型氣象站系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。濕度數(shù)據(jù)的采 集用 GY-HRM201 型濕敏電阻模塊作為傳感器。使用方便，外接 5VDC 電源即可輸出變化的電壓信號(hào)。氣壓傳感器選用 Freescale（Motorola）的 MPXM2202 型壓力傳感器，測(cè)量范圍為 0~200kPa，電源為 10VDC，最大為 16V。為減少整個(gè)采集系統(tǒng)的功率消耗，本系統(tǒng)對(duì)濕度和氣壓傳感器及其外圍電路采用了間歇供電模式，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣前先供電，延時(shí) 50ms 后再啟動(dòng) ADC采樣，轉(zhuǎn)換完成后斷開電源。單片機(jī)程序通過其 I/O口 P2.4 進(jìn)行電源管理控制。

2.4 電源單元

儀器采用高能鋰聚電池供電，電源單元原理如圖2 所示。充電電路由開關(guān)電源和充電監(jiān)測(cè)電路組成，電池充滿后自動(dòng)停止。電池組由 4 節(jié)鋰聚電池組成，每節(jié)額定電壓為 3.7V，充滿空載電壓為 4.2V，4 節(jié)串聯(lián)后總電壓為 14.8V。電池組電壓輸出經(jīng)放電保護(hù)電路后，由 12V 和 5V 穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后輸出+12V 和+5V，為整個(gè)采集系統(tǒng)提供電源。

3 射頻傳輸

本小型氣象站系統(tǒng)采用單片射頻收發(fā)器芯片 nRF403 和編解碼芯片 PT2262/2272 構(gòu)成雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換由單片機(jī)實(shí)時(shí)控制。發(fā)射調(diào)制采用透明傳輸方式，編碼信號(hào)可直接連接到發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)輸入端，在接收機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端即可輸出解調(diào)信號(hào)。