CN2653524Y - 气象参数测量仪 - Google Patents

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CN2653524Y CNU03220955XU CN03220955U CN2653524Y CN 2653524 Y CN2653524 Y CN 2653524Y CN U03220955X U CNU03220955X U CN U03220955XU CN 03220955 U CN03220955 U CN 03220955U CN 2653524 Y CN2653524 Y CN 2653524Y
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王志强
陆亦怀
刘文清
崔茂谦
张长秀
魏庆农
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Abstract

气象参数测量仪，特征是设置风向、风速、温湿度数字信号传感器以及扩展数字接口，数字输出信号经数字信号处理接口接入中央微处理器；设置压力模拟信号传感器以及扩展模拟接口，模拟输出信号经模拟信号处理接口接入中央微处理器，设置输出信号液晶显示屏。还可设置RS232与RS485两种串行通讯接口。本实用新型体积小，耗电省，能连续工作，性能可靠稳定，操作灵活，具有很强的可扩展性与灵活性，可根据用户的要求扩充、改进，可广泛适用于环保部门，以及需要了解环境气象条件的各种场合。

Description

气象参数测量仪
技术领域：
本实用新型涉及电子测量仪器，更具体地说是一种用来进行气象参数测量的电子测量仪。
背景技术：
随着科学技术的发展，社会的进步，大气污染对人类的影响越来越引起人们的关注与重视。大气监测必不可少，气象要素观测也是主要内容之一。
目前我国气象仪器的产品较多，主要有两大类：第一类高档专业产品，各项指标比较高，传感器等主要器件采用进口产品，成本很高，体积庞大，价格昂贵。第二类产品，中低档产品，价格虽然不高，但各项气象指标参数偏低，精度差，不能满足气象部门与特殊行业使用。并且目前的气象产品都存在扩展性差(不能根据客户的要求，增加功能)的问题。
发明内容：
本实用新型所要解决的技术问题是避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种精度高、稳定性好、成本低、电路设计先进、可扩展性强、软件设计灵活、性能价格比高的气象参数测量仪，以满足气象、环保、厂矿等行业的需要。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型结构特点是：
设置风向、风速、温湿度数字信号传感器以及扩展数字接口，所述各传感器及来自扩展数字接口的输出信号经数字信号处理接口接入中央微处理器；
设置压力模拟信号传感器以及扩展模拟接口，所述模拟传感器及来自扩展模拟接口的输出信号经模拟信号处理接口接入中央微处理器。
设置输出信号液晶显示屏。
本实用新型的结构特点还在于：设置RS232及RS485两种与上位计算机的串行通讯接口。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型是一种小型的综合气象测量仪器，能对大气的温度、湿度、风向、风速、大气气压五个气象要素进行观测，能显示这些气象要素值，同时可通过两种串行数字接口RS232和RS485与PC机实现数据通信，输出上述气象数据，供计算机进行数据处理和记录用。
2、本实用新型可通过采用高性能传感器件、先进的电子电路与智能化设计，内部设置微处理器以及数字、模拟接口电路，并采用LCD液晶显示模块。使其具有体积小、耗电省，能连续工作，性能可靠稳定，操作灵活等优势，可广泛适用于环保部门，以及需要了解环境气象条件的各种场合。
3、本实用新型具有很强的可扩展性与灵活性，可根据用户的要求扩充、改进。
图面说明：
图1为本实用新型结构框图。
图2为本实用新型压力传感器放大电路原理图。
图3为本实用新型单片机接线示意图。
图4为本实用新型高速串行14位A/D转换器接线示意图。
图5为本实用新型RS232处理芯片接线示意图。
图6为本实用新型RS485处理芯片接线示意图。
图7为本实用新型数据信号的数据缓冲器。
图8为本实用新型液晶显示模块接线示意图。
图9为本实用新型光电耦合电路原理示意图。
参见图1，本实施例中，设置风向、风速、温湿度数字信号传感器以及扩展数字接口，各传感器及来自扩展数字接口的输出信号经数字信号处理接口接入中央微处理器，由中央微处理器输出的相关信号在LED液晶显示屏上进行显示。
设置压力模拟信号传感器以及扩展模拟接口，模拟传感器及来自扩展模拟接口的输出信号经模拟信号处理接口接入中央微处理器，由中央微处理器输出的相关信号在LED液晶显示屏上进行显示。
设置RS232及RS485两种与上位计算机的串行通讯接口。以便与PC机实现数据通信。
关于压力传感器：
参见图2，压力传感器是采用高性能低价格的绝对压力传感器，其引脚为图2中所示的OUT-、OUT+、GAIN5、GAIN6、E+、E-，用压敏电阻作为压敏元件，经由运放U31A、稳压管VD1构成的恒流源激励，输出小信号差动电压，输出端脚为OUT-、OUT+，利用高精度、低漂移的放大器件，把输入的差动电压信号放大为60-180mV电压输出
图2所示为压力传感器放大电路。恒流驱动，电流1.5mA。电路中VD1是稳压二极管，采用LM385，其稳定电压为2.5V，为传感器提供1.5mA恒流源的基准电压。
压力传感器的应变电阻为桥式连接，如图2所示，OUT+为压力传感器的正极输出端，OUT-为压力传感器的负极输出端，GAIN5、GAIN6为压力传感器的增益调节和控制端。由传感器输出端取出的电流要变换为差动电压输出。因此，要采用输入阻抗高，仅放大差动电压的放大电路。本电路选用通用运放，U32C和U32B构成差动输入与差动输出的放大电路。由于传感器输出电压很低，因此，如果要求测量精度很高时，必须选用失调电压极小的运放。
压力传感器输出的信号经放大电路放大输出，VR38的作用是调节放大器的增益。U32B和U32C是差动双端电压信号，需要变换为对地单端电压信号，U32D构成差动电压信号输入单端信号输出的放大电路。
U32A是为了补偿传感器桥路不平衡构成的跟随补偿电路，VR37是可调补偿电阻。
对模拟传感器的输出模拟信号采用高速串行A/D转换器U1，放大的压力传感器信号输入到A/D转换器U1(图4所示)的QiYa+端2脚，其1脚是2.5V基准电压，由VD1提供，7脚CONVST由U2单片机P11口提供转换信号(图3所示)，A/D转换芯片U1转换结束后，输出一个BUZY信号，U2检测到BUZY后，由U2单片机P10口提供给U1串行读出脉冲信号SCLK，采集转换后的数字压力信号Dout送入U2单片机4脚。
关于温度与湿度传感器：
温度与湿度传感器采用LTM89XX系列智能温度传感器，可以把温度、湿度传感器组合成一个智能单元，变换成可联网数字信号，简称ITU-BUS(单点线协议)，每个智能单元(探头或变送器)称为ITU。ITU模块可独立工作，亦可以多个挂接在同一条总线上。每个模块可以独立设定其地址。可以很方便地组成多点多种传感器信号采集系统。可直接使用单片机作上位机通过一条口线与ITU通信。
采用ITU总线温湿度智能传感器使产品具有很大优势，最方便扩展传感器单元数目，带来前所未有的产品设计灵活性，同时又兼顾了现场的安全性与成本经济性。
LTM8901把采集道的温度与湿度信号转换成数字信号，通过单总线送入单片机，R3与R4为两个ITU单总线提供上拉电阻，每个单总线可外挂128个温度与湿度智能传感器。
采用ITU一线通温度与湿度传感器，精度高，电路简洁，一条总线可携带多达128个传感器单元，其软件是用Franklin C51编写。
关于风速传感器：
风速测量可以利用一个低惯性的风标作为感应部件，其感应部件随风旋转并带动风速马盘进行光电扫描，输出相应的电脉冲信号。当螺旋桨在风力作用下带动转轴，使安装在转轴上的带28槽码盘随之转动，由光电转换电路将机械转动转换成脉冲电信号输出，由于螺旋桨旋转的转速与风速成正比例关系，因此输出的脉冲频率也是同风速成正比例的关系，风速脉冲信号送入入U2单片机14脚进行处理。
风向传感器结构与工作原理：
当风标随风向的变化带动转轴，使安装在转轴上的8位格雷码盘随之转动，由于码盘旋转一周在360°范围内分成360个方位，每转动一个方位就出现1°的变化，每一个方位都设定一组“0”、“1”编码。风向的格雷码经U6数据缓冲(图7所示)后送入U2单片机的P0口。
关于通信接口：
本实施例提供了RS485与RS232两种串行通信接口，如图5所示，U3为RS232处理芯片。如图6所示，U5为抗静电与雷击的RS485线路传送处理芯片。
关于LCD液晶显示电路：
经U2单片机处理的各种信息(温度、湿度、大气压力、风向、风速、键盘输入、控制指令、仪器状态等)在LCD液晶屏上显示，图8所示的U4是液晶显示模块，VR2电位器是调节LCD的对比度，VR1电位器是调节LCD的亮度。
光电隔离电路：
参见图9，为有效地抑制外来噪声，提高系统的抗干扰与安全性，本实施例对各外来传感器信号A、B、C、D、E、F、G、H、FS、KEY设置光电藕合隔离电路B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9和B10。
经测试，本测量仪技术性能指标如下：
测量要素、范围、数字信号输出和精确度
  测量要素          范围   数字输出     精确度
    气压      500hpa-1060hpa     见附录     ±1hpa
    风向      0°-360°     见附录     ±1°
    风速      0.3m/s-60m/s     见附录     ±(0.5+0.05V)m/s
    温度      -40℃-60℃     见附录     ±0.10℃
    湿度      10％RH-99％RH     见附录     ±1％RH
注：V—实际风速值
启动风速：不大于0.3m/s
供电电源和功耗
供电电源：AC220V±10％50Hz
功耗：＜20W
数据更新率：2秒更新一次
遥测距离：1000米(取决于串口型号)
两路标准接口：RS232串行口和485串行口
通讯方式：串行异步
数据率：2.4K
数据传送：实时命令响应方式
数据传送方式：定点传送方式
编码形式：RS232和485接口均为二进制
本实用新型相关的控制软件采用Franklin C51编写，软件界面友好，功能强大、语言简洁，使用灵活方便，可移植性好，可扩充表达能力强，表达方式灵活，结构化程序设计，生成目标代码质量高。
以上各项指标均达到国家气象局的检测标准。
上位机的软件采用VC++编写，界面采用多重菜单式，操作方便，美观大方。

Claims (6)

1、气象参数测量仪，其特征是：
设置风向、风速、温湿度数字信号传感器以及扩展数字接口，所述各传感器及来自扩展数字接口的输出信号经数字信号处理接口接入中央微处理器；
设置压力模拟信号传感器以及扩展模拟接口，所述模拟传感器及来自扩展模拟接口的输出信号经模拟信号处理接口接入中央微处理器
设置输出信号液晶显示屏。
2、根据权利要求1所述的气象参数测量仪，其特征是设置RS232及RS485两种与上位计算机的串行通讯接口。
3、根据权利要求1所述的气象参数测量仪，其特征是采用绝对压力传感器(引脚OUT-、OUT+、GAIN5、GAIN6、E+、E-)，以压敏电阻为压敏元件，压力传感器的应变电阻为桥式连接，经由运放U31A、稳压管VD1构成的恒流源激励，输出小信号差动电压(OUT-、OUT+)。
4、根据权利要求1所述的气象参数测量仪，其特征是对模拟传感器的输出模拟信号采用高速串行A/D转换器U1，放大的压力传感器信号输入到A/D转换器U1的QiYa+端(2脚)。
5、根据权利要求1所述的气象参数测试仪，其特征是采用ITU一线通(LTM89XX)温度与湿度传感器。
6、根据权利要求1所述的气象参数测量仪，其特征是对所述各外来传感器信号(A、B、C、D、E、F、G、H、FS、KEY)设置光电藕合隔离电路(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9和B10)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102737485A (zh) * 2011-04-06 2012-10-17 上海雷络机电有限公司 基于gsm/gprs的工业气体远程数据采集系统
CN106324704A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 天津天大求实电力新技术股份有限公司 一种风力发电场气象检测系统
CN111897031A (zh) * 2020-09-08 2020-11-06 舒相程 一种气象传感器信号采集设备

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