CN1260553C - 嵌入式温度脉动仪及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式温度脉动仪及测量方法。脉动仪包括与温度脉动传感器(2)电连接的铂丝探头(1)，特别是温度脉动传感器(2)的输出端连接有用于将其输出的模拟量信号转换成数字量和对数字量进行运算、编码的由模数转换器MAX197和单片机AT89C2051组成的嵌入式模块(5)和用于将处理后的数字量信号送往上位机的RS-232或RS-485串行接口的数据传输接口(6)；方法包括接收传感器的模拟量信号和输出数字量信号，特别是设定采集传感器输出的时间片，根据采集传感器的对象，确定采集的次数，对转换成数字量的数据进行处理，将处理后的数据编码后定时向数据传输接口(6)发送。它使用方便、可靠性高，可用于自适应光学、高分辨率天体观察、激光大气传输等领域。
Description
技术领域 本发明涉及一种大气科学实验测量仪器及测量方法，尤其是嵌入式温度脉动仪及测量方法。
背景技术 目前，随着光电技术的迅速发展，光学湍流的重要性越来越受到人们的重视。在激光传输中，湍流效应引起光束的漂移和扩展；在图象应用中，湍流效应引起图象的抖动和变形；湍流还会降低天文望远镜的分辨率。为了定量研究激光通过湍流大气的各种现象，以解决和这些现象有关的各种光学工程问题，需深入了解光路的光学湍流结构，测量近地面的折射率结构常数Cn 2的特征，不仅是计算近地面传输问题的基础，还可用来推算边界层的Cn 2分布。常用的测量仪器有温度脉动仪，如本申请人所使用的，它由铂丝探头和与其电连接的温度脉动传感器构成。测量时，地面大气温度微小起伏的变化由铂丝探头所感受，经温度脉动传感器将其放大后通过接口电路送往计算机处理。但是，这种温度脉动仪存在的不足之处是，首先，接口电路较复杂、集成度低，工作不稳定；其次，除输出的模拟量信号易受干扰外，信号传输的距离也受到限制，使计算机不得不在近距离接收其信号，这不但影响铂丝探头测量的准确度，还需解决计算机野外工作适应的问题；再次，接收其信号的计算机的程序结构不清晰，编程复杂、易出错。
发明内容 本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、实用，使用更方便的嵌入式温度脉动仪及测量方法。
嵌入式温度脉动仪包括与温度脉动传感器电连接的铂丝探头，特别是所说温度脉动传感器的输出端依次电连接有嵌入式模块和数据传输接口，所说嵌入式模块由模数转换器MAX197和单片机AT89C2051组成，用于将温度脉动传感器输出的模拟量信号转换成数字量和对其进行运算、编码，所说数据传输接口为RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于将嵌入式模块处理后的数字量信号送往上位计算机。
作为嵌入式温度脉动仪的进一步改进，所述的模数转换器MAX197的输入端口
和
脚分别接温度脉动传感器、温度传感器和湿度传感器，用于接收各个传感器送来的模拟量信号，单片机AT89C2051的控制端口脚②、⑦和⑧与模数转换器MAX197的控制端口③、④和⑤脚连接，用于控制模数转换器MAX197分时接收各传感器的信号，模数转换器MAX197的数地总线端口⑦～脚接单片机AT89C2051的数地总线端口脚
用于将转换的数字量信号输出至单片机AT89C2051，模数转换器MAX197的⑥脚接单片机AT89C2051的脚
用于向单片机AT89C2051发送数字量输出结束的信号，单片机AT89C2051的输出端口脚接数据传输接口的输入端，用于将处理后的数据传送出去；所述的RS-232串行接口或RS-485串行接口与单片机AT89C2051的输出端口脚间串接有转换开关。
嵌入式温度脉动仪的测量方法包括接收传感器的模拟量信号和输出数字量信号，特别是设定采集传感器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；根据采集传感器的对象，确定采集的次数，对于湍流，采集500次，对于温度或湿度，则采集16次；对转换成数字量的数据进行处理，即对于湍流的数据求其方差，对于温度或湿度的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值；将处理后的数据编码成对应的三组数，定时向数据传输接口发送。
相对于现有技术的有益效果是，其一，由模数转换器MAX197和单片机AT89C2051组成的嵌入式模块的应用，既使整体的集成度提高，降低了电路的故障率，又杜绝了输出信号受干扰的可能，可不受限制地将其设置于任何场所使用；其二，数据传输接口选用RS-232串行接口或RS-485串行接口，不仅使接口电路变得简单、标准，还可根据需传输的距离来选择RS-232或RS-485，以使输出信号的传输距离不再受限，避免了计算机只得位于温度脉动传感器的附近和工作于野外，以及由此而引发对铂丝探头测量准确度的干扰的缺陷；其三，单片机AT89C2051中驻有的测量方法的程序，除使脉动仪具有智能化的功能外，且同时还使其上位计算机的程序的模块化得到了改善，控制算法、运行速度也变得简单和获得了较大的提高。
附图说明 下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是本发明的一种实施例电路结构图；
图2是本发明测量方法的流程图。
具体实施方式 参见图1，铂丝探头1、温度脉动传感器2、嵌入式模块5和数据传输接口6依次电连接。其中，铂丝探头1由直径为10微米、长度为19毫米、相距为1米的两只探头构成，用于感应地面大气温度微小起伏的变化。温度脉动传感器2内置有放大电路，用于将铂丝探头1输出的微弱电信号不失真地放大，以利于后续的处理。嵌入式模块5由模数转换器MAX197和单片机AT89C2051组成，用于将温度脉动传感器2输出的模拟量信号转换成数字量并对其进行运算和编码，其中，模数转换器MAX197的输入端口
脚接温度脉动传感器2的输出端、
脚接温度传感器3、
脚接湿度传感器4，用于接收上述三个传感器送来的温度脉动、温度、湿度的模拟量信号；单片机AT89C2051的控制端口脚②、⑦和⑧分别与模数转换器MAX197的控制端口③、④和⑤脚连接，用于控制模数转换器MAX197分时段地接收温度脉动传感器2或温度传感器3或湿度传感器4的信号；模数转换器MAX197的数地总线端口⑦～脚接单片机AT89C2051的数地总线端口脚
用于将已转换成数字量的温度脉动或温度或湿度的信号输出至单片机AT89C2051；模数转换器MAX197的⑥脚接单片机AT89C2051的脚
用于向单片机AT89C2051发送数字量输出结束的信号；单片机AT89C2051的输出端口脚接数据传输接口6的输入端，用于将处理后的数据传送出去。数据传输接口6的输入端为转换开关61，该转换开关61分别与RS-232串行接口和RS-485串行接口的输入端连接，用于将嵌入式模块5处理后的数字量信号送往上位计算机。
参见图2，嵌入式温度脉动仪的测量方法和仪器的工作流程如下：对嵌入式温度脉动仪通电后，单片机AT89C2051给其自有的功能部件和内存中驻有的各个子程序，以及模数转换器MAX197预置初始值，既设定其初始工作状态，如给16位记时器/计数器设定10ms的定时中断值，以作为分时采集数据的时间片，分别给采集温度脉动、温度和湿度的计数器置零等(步骤110)。接着，在步骤120中，单片机AT89C2051在等待定时中断信号的到来前处理其它事务。一旦定时中断信号来到，单片机AT89C2051就采集温度脉动传感器2的数据(步骤130)。之后，单片机AT89C2051检查温度脉动计数器n的值是否等于500(步骤140)？即对于湍流来说，是否已采集了500次。若为非，则转回步骤120，以备继续采集温度脉动传感器2的数据。若温度脉动计数器n的值已等于500，则在步骤150中，调用计算方差1/n×∑(T1-T2)2的子程序，以求出已采集的温度脉动数据的方差，公式中的T1、T2为两点的温度差(由温度脉动传感器2直接输出)、n为采集到的个数。接着，在步骤160中，单片机AT89C2051分别采集温度和湿度的数据各16次。之后，在步骤170中，分别将采集到的温度和湿度的数据按其大小进行排序，在舍去头尾各四次的数据后，分别求其均值。然后，于步骤180中，将温度脉动的方差值、温度、湿度的均值编码后，通过数据传输接口6发送至上位计算机。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的嵌入式温度脉动仪进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1、一种嵌入式温度脉动仪，包括与温度脉动传感器(2)电连接的铂丝探头(1)，其特征在于所说温度脉动传感器(2)的输出端依次电连接有嵌入式模块(5)和数据传输接口(6)，所说嵌入式模块(5)由模数转换器MAX197和单片机AT89C2051组成，用于将温度脉动传感器(2)输出的模拟量信号转换成数字量和对其进行运算、编码，所说数据传输接口(6)为RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于将嵌入式模块(5)处理后的数字量信号送往上位计算机。
2、根据权利要求1所述的嵌入式温度脉动仪，其特征是模数转换器MAX197的输入端口
和
脚分别接温度脉动传感器(2)、温度传感器(3)和湿度传感器(4)，用于接收各个传感器送来的模拟量信号；单片机AT89C2051的控制端口脚②、⑦和⑧与模数转换器MAX197的控制端口③、④和⑤脚连接，用于控制模数转换器MAX197分时接收各传感器的信号；模数转换器MAX197的数地总线端口⑦～脚接单片机AT89C2051的数地总线端口脚
用于将转换的数字量信号输出至单片机AT89C2051；模数转换器MAX197的⑥脚接单片机AT89C2051的脚
用于向单片机AT89C2051发送数字量输出结束的信号；单片机AT89C2051的输出端口脚接数据传输接口(6)的输入端，用于将处理后的数据传送出去。
3、根据权利要求1所述的嵌入式温度脉动仪，其特征是RS-232串行接口或RS-485串行接口与单片机AT89C2051的输出端口脚间串接有转换开关(61)。
4、根据权利要求1所述的嵌入式温度脉动仪的测量方法，包括接收传感器的模拟量信号和输出数字量信号，其特征在于：
设定采集传感器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；
根据采集传感器的对象，确定采集的次数，对于湍流，采集500次，对于温度或湿度，则采集16次；
对转换成数字量的数据进行处理，即对于湍流的数据求其方差，对于温度或湿度的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值；
将处理后的数据编码成对应的三组数，定时向数据传输接口(6)发送。
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