【基于单片机的气象观测系统设计与实现11000字（论文）】

第1章绪论1.1探索历程及价值从先人发明钻木取火从此不用再食用生食开始，我国的人类文明逐渐发展。从上个世纪初开始，国内的智能化技术开始茁壮成长，成长到现在这个科学技术发达的时代，已经在世界上站稳脚跟。与此同时，以单片机作为核心结合物联网技术研发了许多实用的东西。在很多主控核心芯片中，结合STC89C52单片机的自身优点，可以实现很多有利于社会生产的产品。之所以有大量的技术人员对单片机进行深入研究是因为单片机自身的各种优势，其宗旨是设计出有利于人民生活逐步智能化的高科技发明。该设计是以52单片机为主控芯片结合互联网技术设计开发的气象观测系统，因为人类文明的进步、NET技术的推广，生活中的智能产品也越来越普遍。发展至今，人工智能化产品慢慢出现在大众视野。伴随而来的是逐年递增的需求量使市场上供不应求。在人工智能的萌芽阶段，没有可供参考的前人经验，这就给开发人员造成很大的阻碍，每个关键点的设计和使用需要在研发阶段就要理清所有的设计思路，更重要的是为安全性方面考虑。每个传感检测单元在采集环境数据之后，再根据具体的数据要求进行整理。以降低成本、提高效率、数据稳定的系统受到越来越的企业欢迎，从而从事研发智能化产品的人员越来越多，使得智能设施在市场上大规模化生产，逐步引领了社会前进发展的潮流。根据市场研究发现。以主控芯片为核心对数据进行处理，借助各种传感器将数据采集，以自动化的气象数据采集系统，可有效的提高其效率和可靠性、那么人工智能的进步就使得社会经济更快的发展。自动化、智能化一直是人类文明进步的重要推力。从提出理想方案到实现目标并持续改进后，仍然存在着一些难以解决的问题。经过一代又一代人的研究总结了几个限制其发展的原因：（1）相对于其他智能科技产品的出现比较迟，没有得到国家的关注和支持，故此在发展道路上没有明确的硬性要求。（2）加入这个领域的企业主要重看中其的发展前景和性能，如果研发出可靠性较为伪劣的产品，那么所设计出的产品与最初的宗旨是不相符的。（3）制造成本太高，在消费者中不受欢迎，还有新上市的产物，功能上存在一定的异同，激励研发者继续向前进步。（4）所收集到的数据与数据上的传送被限制，为调试增加了困难。根据上述问题，想要研发一款功能齐全的气象采集系统，必须克服造价上的问题，以及消除消费者对产品的不信任，解决调试上存在的困难。1.2研究的现状智慧产品的发展，无论是在中国国内还是在其他各个国家都属于十分受关注的技术，由于智慧产品的发展，关系着一个国家的先进程度以及国民幸福度，因此，许多国家都将发展中心放在科技和创新上，不惜成本培养大量新型人才，致力于促进智慧产品的研发。发展至今，智慧产品已经进入繁荣时期，涉足人类社会各个领域。世界上第一个单片机产品的出现，是在十九世纪初期，因其具备的优秀潜质备受关注，在此基础上，单片机控制技术始终在不断的发展。在80年代初，单片机技术发展已经脱颖而出，这标志着单片机技术的发展迈向了新阶梯，开始走向成熟化。物联网研究工作者们也开始专注于这项新兴技术的研究，加快了单片机技术发展的步伐，单片机技术开始朝着各行各业进军，各项创新产品相继问世。气象数据采集装置的研发，也始于这个阶段，目的是为促进对气象数据管理的便利，加强气象数据采集的智能化，减少人工操作成本。在国外气象数据采集装置的开发设计中，在不断的分析，层层筛选并改进后，将气象数据采集装置的使用区域和实际值划分出来，并要求气象数据采集装置的设计和开发需要满足公众的可接受范围，并承担设计成本。本文对气象数据采集装置发展现状的分析，是在查阅的大量关于气象数据采集装置的研发技术及其功能相关的国内外文献，分析出的结论。在物联网技术发展初始阶段，引来了互联网巨头的加盟，并促进物联网产品的发展，智能产品进入大众视野，收到大众追捧，相关人员就开始了气象数据采集方面的研究，相关的企业也嗅到其中的商机，逐步引入相关产品的使用。2012年至2020年，相关技术的发展已十分成熟，并形成了关于气象数据采集装置研发的单一产链，对产品进行单独布局，开发出了满足气象数据采集的单片机系统，但至目前为止，气象数据采集装置的研发，依然有待创新，今后需要将其功能更加完善，以设计出满足人们个性化需求的产品。1.3研究的主要方法本设计是基于STC89C52单片机的气象观测仪器，不过要想顺利制造出这套气象观测仪器，学习一系列气象数据的采集方法和掌握其基本工作原理是必不可少的。了解怎样去完成整个设计的全过程也是必须要做的。因此需要查阅近几年有相似研究的资料和学习相关的理论知识。需要在参考前人设计的基础上去完成这套气象监测系统的所有要求。为了使这套气象监测系统圆满完成，下列准备工作是必须要完成的：进行与本设计相关的研究报告的阅读：去查找和气象观测控制系统有相似之处的研究报告或者是去观看一些实物的操作视频。选择制造气象监测系统的元器件：根据气象观测系统的设计要求去选择性价比更高，操作更简单又能满足每一个设计要求的元器件进行研发。考虑各个模块功能是否能够实现：因为气象监测系统要检测外界环境很多的气象数据，所以在选择相关的硬件模块后需要进行验证，验证方法可以是编写每个模块的相应程序进行检验，如果有什么不符合设计要求的地方以便及时改正。1.4论文工作安排第1章绪论：简述有关气象监测系统的发展历程和价值，还有关于气象监测系统的当今发展状态，再加上分析此次系统研发需要进行的探究工作和未来的研究方向。第2章整体方案设计：详细介绍本次系统设计需要满足消费者的哪些要求。还有进行方案的选择，原则上是选择性价比更高，满足设计要求，操作也简单的硬件来实现硬件电路以及整体设计方案。第3章硬件电路设计：阐述了气象监测系统所用到的硬件电路，包括其引脚功能，实现原理和功能等。解释各个硬件模块在这个气象观测系统里担任什么角色，这些模块的功能和注意事项有哪些，优点又有哪些。第4章软件设计：根据硬件模块的设计进行程序编写，软件与硬件结合以便整个气象监测系统的实现。第5章总结：为开发出整个系统的工作，做出了总结和分析，以及以后的改进方向和将前进的方向。

第2章整体方案设计2.1设计要求设计该气象观测的系统，需要实现的功能有很多，比如：检测主要数据、检测数据的显示、数据的传输以及智能控制等功能。除了这些需要实现的功能之外，还需要综合考虑其他方面的有关性能，以确保系统的实现。数据更新快：因为这是一套气象监测系统，气象数据受外界环境的影响，而外界环境又变化多端，所以这套系统的设计需要数据采集更新迅速，如果反应不及时，就会导致最终接收的数据出现问题。那么就代表这套系统是失败的。而且数据更新快的话会给用户带来更好的体验感。适应能力强：因为气象监测系统主要使用于户外监测，那么就要考虑到这套系统的适应能力是否可以适应环境的各种变化，在极端天气情况下，这套装置还能否工作。如果这套系统无法适应恶劣的环境变化的话，那就意味着这次的系统设计没有任何价值，因此在考虑成本的同时也不能忽略各个模块的性能要求。性价比高：现在我国是一个制造大国，我国的人工智能技术也愈发成熟。所以很多投资人，企业对于公司在这一方面的发展也是越来越严格，如今这智能类开发市场上的产品多得是数不胜数。这次系统设计不仅要完成所有的设计要求，还要遵循性价比高，成本低，效率高的原则，去构思一个最适合这个气象监测系统的一个方案。在构思硬件电路和编写软件代码的时候，要以硬件电路美观，软件设计方便，快速合适为基本要求。这样就使这个气象观测系统在很多竞争对手中脱颖而出。2.2系统设计方案选择一个方案的确定需要考虑各个方面。本次设计的气象观测系统有两种核心控制电路：想法一是非智能控制电路，想法二是智能控制电路。方案一：非智能控制电路，如果气象监测系统采用这种控制电路的话，需要选择很多不同的元器件去合理组合，这样的话就会给整个设计系统造成很多麻烦，系统中的电压和电流需要很多电容和电阻去分压和分流才能是实现整个系统的要求，但是还有可能会对整个电路造成影响，过程繁杂且没有稳定性，灵敏性太低且操作麻烦。方案二：智能控制电路。如果气象监测系统采用智能控制电路的话，只需要选择可以编写代码的核心控制芯片作为中心，这类芯片就相当于电脑的中央处理器，芯片的内部集成了和电脑内核一样的控制器等，可以操控系统中的硬件模块有秩序的运行。根据对电路设计的两个方案的对比，为了避免繁杂众多的操作步骤，使整套系统平稳运行，因此选择智能控制电路来作为系统的硬件电路。2.3元器件选择2.3.1主控芯片选择方案一：STC89C52单片机，STC89C52单片机自身拥有功能损耗、速率高、成本低廉的优点，采用八位的互补金属氧化物半导体控制器。内有八千闪存，可以存储大量程序，编写程序的时候反应迅速，可靠性强，因为单片机内部有八千闪存，所以在嵌入式软件中编程的时候出现的问题可以很好的得到解决。进而实现反应速度更快，可靠性更强的性能和创造更高的价值。简约便利，更智能环保。此外STC89C52单片机还具在出现故障时，能够起到功能保护的作用。实现了单片微型计算机的在突然断电的情况下保护正在运行的数据不会因断电而丢失或损坏，确保设施的安全。方案二：采用意法半导体集团开发的芯片，该系列单片机为三十二位的互补金属氧化物半导体控制器，具有强大的功能、低廉的原材料和功率损耗低的优势。半导体公司生产开发的内核多种多样，在使用单片机的过程中，采用的三十二位处理内核正是由半导体公司生产开发而来。在该内部结构执行命令时，三十二位处理内核的速度更快，此类单片机的性能高也正得益于此。根据对这两个关于主控器件选择的方案，以上两类主控芯片都有很多优势，不过相比意法半导体集团开发的芯片，从其综合性价值比来说，52单片机已经满足系统需求，为了更方便简单而快捷有效的进行系统检测和信号输出，所以这套气象观测系统的主控芯片选择STC89C52单片机。2.3.2显示模块选择方案一:数码显示管，数码显示管是以阿拉伯数字为显示形式的显示器，功能比较简单，显示较为直观，更容易让人读懂，与此同时还要考虑到能否完成较大工作量及显示的数据种类是否能达到要求，如果只需达到数据显示要求以及工作量小的目标，就可以选择数码显示管作为显示模块，况且数码显示管的成本低和操作更容易上手。方案二：选择OLED显示屏[4],OLED显示屏的屏幕更大，可以显示更多的数据，而且操作还方便，能够达到大量数据显示和承受较大的工作量的要求，且操作简单，只需将引脚对应连接即可使用。根据对上面两个显示模块的方案分析，两种显示模块都各有优点。不过因为气象观测系统需要检测很多外界因素，如果选择数码显示管的话会徒增很多工作量，所以根据实际情况显示模块就选择OLED显示屏进行数据显示。2.3.3无线传输选择方案一：无线传输系统模块，Esp8266是一个串行口到无线通信模块芯片，自带内部可擦可写只读存储器[5]。用户不需要输入时钟信号就可以轻松操作。Esp8266内部还自带有一个32位的中央处理器，且其功耗很小：也可作为MAP服务数据单元和MAC协议数据单元聚合，保护间隔一般仅为0.4s，不但支持静态时序分析/无线接入点/静态时序分析+无线接入点的工作模式，而且还支持WIFI网络安全存取或者无线网络的加密方式的安全模式，通过美国联邦通信委员会、安全合格标志、技术法规符合性认证、国际WI-FI联盟组织和国家无线电管理委员会认证[6]。方案二：无线传输还可以是蓝牙模块[7]，OLED显示屏上显示的数据可以经过蓝牙模块连接向手机客户端传输，蓝牙模块可以实现数据的实时发送和实时接收，手机客户端打开相应的蓝牙APP就可以进行数据读取。综上所述，无线传输模块有无线传输和蓝牙传输，虽然无线传输模块和蓝牙模块一样，但是在气象观测系统的设计要求中，是使用蓝牙模块进行传输，所以无线传输模块选择的是蓝牙模块。2.4总体设计方案本设计是以STC89C52单片机为主控芯片来处理气象数据采集的系统。主要是通过检测器检测到的模拟信号，然后通过无线传输技术将信号传输至蓝牙应用软件，蓝牙应用软件可以实时查看检测到的数据报告；本系统组成的部分包括STC89C52主控芯片、显示模块及各种监测数据传感器和蓝牙模块等组成。气压传感器检测大气压强值的变化是否标准、风向、风速传感器则主要检测风产生的风力等的一系列风力运动的数据、雨滴传感器则会负责检测室外降水变化情况，并将其通过一个模/数转换模块来完成将这些被传感器检测到的模拟信号自动转换成数字信号再发送至单片机[8]，单片机作为本次设计的控制模块负责处理系列采集设备获取到的信号，并通过蓝牙无线传输设备将信号实时传输至手机客户端上，实现用户在手机蓝牙应用上实时查看外界环境数据；从而实现数据指标的实时查看的功能。系统构架图如图2-1所示：图2-1系统构架图Fig.2-1Systemarchitecturediagram

第3章硬件电路设计3.1硬件设计原则硬件电路的设计是本次研究重要的一部分。因此为了让本次设计能够在实现所有要求的同时还要遵循高效，节能环保的基本原则。(1)在设计硬件电路之前，要考虑到电路的稳定性和复杂性，结合设计要求及各个模块的性能进行期间的选择，以达到高效、简洁、环保的目的。(2)硬件电路的设计需要多方面去考虑，要保证这套气象监测系统的采集设备检测到的信号没有问题，数据准确，并且整套系统能够承受恶劣环境的影响。了解检测设备的基本性能，保证硬件电路的平稳运行。(3)本套系统设计的应遵循智能、节能、高效、环保的原则。3.2单片机电路从设计的可行性出发，硬件电路器件的选择应符合智能、节能、高效、环保的原则。通过选择STC89C52主控芯片和相应的外设电路组成本次设计的硬件电路，选择主控芯片的主要目的是其具有很强的抗干扰能力、处理数据效率高、耗功率比较低。足以实现本系统设计。STC89C52的额定工作电压为3.3V-5.5V，运行时的频率控制在0~40MHz，相当于普通8051的频率0-80MHz，片上可集成512字节RAM[9]。使用迅速且方便，单片机的平稳运行需要晶振电路作保障，频率的稳定可以抵消外部信号的干扰；因此常常需要参考频率。以此保证电路的频率准确性。一般的晶振电路的频率为12兆赫兹，选择的电容会影响晶振频率的稳定。为了加快CPU的工作效率，往往在晶振电路上加上时钟信号频率。此外，为使振荡器能够可靠的工作，电容器和晶振电路与微控制器的距离要非常近。复位电路位于每台单芯片计算机中，用于微控制器的初始化。最小系统示意图如下图所示：图3-1最小系统电路原理图Figure3-1Schematicdiagramoftheminimumsystemcircuit3.3数据显示模块本系统显示模块主要用于对气象信息的显示，对此，根据气象观测系统的要求选择OLED液晶显示屏,OLED液晶显示屏的屏幕更大，可以显示两行多字节，所以就可以显示更多的数据，而且操作还方便，不需要其他多个连接口，只需将引脚对应连接即可，就能够达到大量数据显示和承受较大的工作量，且性价比高。电路原理图如图3-2所示：图3-2数据显示模块原理图Figure3-2Datashowsaschematicdiagramofthemodule3.4蓝牙无线传输模块本设计当中利用蓝牙模块实现信号的无线传输，该模块不需要对其进行开发，可以利用蓝牙模块的AT指令进行信号的模拟传输。并且该模块功耗以及价格都比较低，多种模式的配置能够方便后续的开发。蓝牙模块的使用，可以让目前市面上使用无线串口技术的电子设备，能够摆脱线缆的约束，实现真正意义上的无线串口通信[10]。使用这类模块完全可以不用再知道那些繁杂难懂的蓝牙底层协议，该模块的4个AT指令分别代表了不同的操作命令。其原理图如下图所示：图3-3蓝牙模块原理图Figure3-3SchematicdiagramoftheBluetoothmodule3.5数据采集模块3.5.1风向传感器本次设计所选用到的风向传感器是PR-3000-FXJT风向传感器，外壳所用到主要材质的是聚碳酸酯复合材料，这种材料再防尘隔热和防风、防暴晒等方面具有很好的效果以及耐扛冲击，风向传感器的原理主要就是通过控制风向箭头轴的旋转运动来快速进行自动检测外部风向变化和可以自动的感测接收到外部传来的风向信息，并可直接将风向信息自动传输到同轴码盘上，同时存储可被输出相应的外部风向信息相关值的一种物理装置[11]。风向传感器可以测量室外环境中近地面的风向[12]，通常与风速传感器配合使用。根据光电信号转换原理，准确输出相应方位的风向信息，经过电压的信号传输正确的风向，经过AD转换处理后向单片机输出风向信息,电路原理如图3-4所示：图3-4风向传感器原理图Figure3-4Schematicdiagramofthewinddirectionsensor3.5.2风速传感器 本次系统设计主要选择了PR-3000-FSJT风速变送器，风速传感器系统是指一种实时测量室外风速信息的便携式装置，能够更有效精准地及时获取风速信息。外壳取材来自于聚碳酸酯等复合材料，有抗老化、防水、耐腐蚀等多种优点；拥有便捷、安全性高、可靠性强的特点的精密传感仪器[13]。根据气流方向产生脉冲的风驱动传感器顺时针旋转，中心轴逆时针驱动风机内部的传感器转动产生脉冲信号，在风速的测量精度范围内，根据实际风速变化与传感器脉冲频率的线性关系可计算出风速。其电路原理图如下：图3-5风速传感器原理图Figure3-5Schematicdiagramofthewindspeedsensor3.5.3液位传感器本次设计选择采用液位传感器来监测降雨量的水位情况，雨滴传感器用于检测是否降雨，在液位检测系统中，液位传感器检测降雨量水位的上升或下降[14]，然后通过控制器转换检测到的液位情况。再根据被转换后的信号，单片机就会将检测到降雨量的多少显示在液晶显示器上。其电路原理图如图3-6：图3-6液位传感器原理图Figure3-6.Schematicdiagramoftheliquidlevelsensor3.5.4温湿度传感器本次设计选择采用温湿度传感器的技术应用来真正实现环境中的温湿度检测。采用的硬件芯片是DHT11数字温湿度[15]，DHT11数字温湿度的检测模块是现在比较普遍使用的便携式温湿度采集设备之一，DHT11数字温湿度传感器包括一个电容式感时元件和一个负温度系数测温元件。它们的电路原理图如图3-7所示：图3-7温湿度传感器电路原理图Figure3-7Schematicdiagramofthetemperatureandhumiditysensorcircuit3.5.5气压传感器本次设计选择采用气压传感器来测量环境的气压数据，气压传感器是专门用于测量气体压力的传感器，如果当被测气体的压力有减小或增大时，传感器内的薄膜变形驱动套管的电阻器电阻会发生变化，从而获得变化的信号电压[16]，再经A/D转换后传输到主控制单元中[16]。其电路原理图如图3-8：图3-8气压传感器原理图Figure3-8Schematicdiagramoftheairpressuresensor

第4章软件设计4.1设计思路在本文所设计的基于单片机控制技术的气象监测系统的硬件电路设计没有问题之后，那么后面就是要根据整个系统的运行情况来编写能够实现所有功能要求的代码，让各个检测模块采集外界环境数据，这项步骤完成以后，然后将检测模块检测到的数据放入寄存器，进而将寄存器中的数据进行对应的逻辑整理，之后对全部的采集数据进行封装，这样做的优点就是能够全面的考虑到有些误差较大的采集数据，最后再对所有环境数据执行处理命令。不过为了让整个系统使用寿命更长，后续的维护更便利的话，是建议将整个系统的每一个模块的功能都进行封装。将每一个模块的功能和器对应的子函数进行封装，这样做的好处就是，如果在某次检测实验是不需要用到的一些模块，就无需调用该模块的子函数。如果是需要全部模块都要工作的话就调用全部模块的子函数即可。这样的操作对于程序的处理和整个系统的逻辑数据的采集都是有利的。不过在进行程序运行的同时，还要考虑到硬件电路可能会出现的一些错误，例如检测系统检测到的数据出现异常，或者出现误差比较大，这时就需要在每个模块的控制程序中加入一些限制，或者是数据出现异常时给出一些信号提醒工作人员对采集数据进行检查。上述方法是为了整个系统可以实现封装并延长系统的使用寿命。而且模块数据进行封装以后不会影响后续的新功能添加和技术维护。其基于单片机控制技术的气象监测系统的使用寿命更长。优异的编程软件可以带来减少很多不必要的麻烦，以下是软件编程的几个优点。每个因素的数据采集模块采集获取的数据可以独自获取，不需要全部模块一起运行。而且接收到的数据被反馈出去也可以独自运行，这样就更加方便控制系统对每一个检测模块实施数据核查和排除错误。在每个模块的控制程序中加入一些限制，或者是数据出现异常时给出一些信号提醒，如果数据出现异常工作人员可以根据提醒信号对有异常的采集数据进行检查。进行封装的整个系统可以延长系统的使用寿命。而且模块数据进行封装以后不会影响后续的新功能添加和技术维护。4.2编程环境及语言简介KEIL编程软件是这次气象监测系统设计选择的编程软件。KEIL编程软件是为硬件电路实现其功能而特意开发的。这个编程软件功能十分丰富，可以实现很多编程，所以这次设计首选KEIL编程软件。这个软件可以编写多个主程序，然后在编写各个主程序的head文件。将主程序和head文件结合运行，就能够迅速创造一个模块配置文件。在整个程序运行完成之后，会生成HEX文件。因为这个编程软件的编程界面排版很合理，所以开发人员在使用这个软件的时候是很容易上手的。本次气象监测系统的软件逻辑实现编程语言选择C语言，因为所学的专业从大一开始接触C语言，而且单片机控制技术也是学习过的，所以这次设计选择C语言结合单片机控制技术来实现观测系统的所有要求。如果选择其他编程语言的话，难度将大大提升，因为大学期间没有接触过其他编程语言，有接触过的编程语言但是也没有C语言这么熟悉，如果再去学习其他的编程语言的话工作量太大，而且还要花大量的实践来学习，这就有点事倍功半了。更何况单片机控制技术是学习过的课程，更好上手，与整个系统实现功能的逻辑相似，所以能够实现整个系统的功能选择C语言就可以了，不再需要其他编程语言。4.3主流程序设计气象监测系统主要分为两个部分，单片机主控制系统以及远程终端系统。单片机控制系统上电后可通过定时器来间隔接收蓝牙通信信息，当接收到的控制信息有变化的时候会通过设置更新子程序更新信息到监控控制系统，同时会同步到远程客户端进行监控显示。如图4-1为控制系统的主程序流程图。图4-1主流程图Figure4-1MainFlowDiagram4.4主要模块子程序设计4.4.1显示子程序根据气象监测系统的要求显示模块选择OLED显示屏，下面的子程序设计流程图是根据OLED显示屏的执行步骤进行设计。即根据录入操作命令、录入采集数据、写地址的形式针对录入的采集数据轮流进行录入。OLED液晶显示屏子程序流程图如图4-2所示。图4-2OLED液晶显示屏子程序流程图Figure4-2FlowchartoftheOLEDLCDsubsystem4.4.2无线传输子程序根据气象监测系统的要求，下图是无线传输模块子程序，下面的子程序设计流程图是根据程序和无线传输模块的执行步骤进行设计的。第一步是初始化，查看设备链接是否正常，检查完毕以后进行设备的互相连接，连接完成之后尝试信号的发送或者接收，如果信号发送或接收成功则说明该通信过程已完成。详细流程图如下图4-3所示：图4-3无线传输子程序流程图Figure4-3Flowchartofthewirelesstransmissionsubroutine4.4.3数据采集子程序气象监测系统中一个重要的环节是数据采集[17]。为提高准确率，本系统在设计时对数据的采集采用了多次采集和多次校验的方法。而每次采集的数据都会存入单片机的寄存器中。具体操作的工作流程大致是：系统开机及程序初始化启动以后，温湿度模块自动对检测温度时的信号进行了模数转换，转换处理好的温度数据被发送给单片机，之后存入单片机寄存器中，直接读取风速、风向、雨滴检测模块发送给单片机的数据[18]，过程与温湿度相似。气压传感器发送的是模拟量，需要经过AD转换芯片转换后发送给单片机。数字量采集流程图如下图4-4，模拟量采集流程图如下图4-5。图4-4数字量采集程序流程图Figure4-4Flowchartofthedigitalquantityacquisitionprocedure图4-5模拟量采集程序流程图Figure4-5Flowchartoftheanalogvolumeacquisitionprocedure本章主要对气象观测系统的软件部分进行分析，概括整个气象检测系统的软件方面的构思和实现不同功能的流程图的介绍。根据设计思路，完成了本设计软件部分的流程图绘制，并对流程图的基本思路进行了说明。

总结本设计基于STC89C52单片机设计了一款气象数据监测系统，该系统经过调试，运行状态良好，达到了预期目标。该设计基于单片机技术，整合各类传感器，对下列气象数据实现了采集和处理：风向、风速、气压、雨量和温湿度。本设计在硬件方面使用了风向风速采集仪器、气压检测以器、雨滴采集仪器、温湿度采集设备以及蓝牙无线传输模块。这些采集设备通过单总线、AD转换模块与单片机相连接，建立了气象数据采集的基本结构。在软件方面，设计了单片机的控制程序，该程序把获取的数字量计算出真实值，通过IIC通讯将数据显示到OLED显示模块上，通过串口通讯将数据发送给蓝牙无线传输模块，客户通过手机连接蓝牙，打开软件就可以看到气象数据。在设计过程中，风向传感器的测试是遇到问题最多的一个模块，因为获取的是数字量，需要进行AD转换算出真实值并设计程序，还要检测每个方向的电压是否在范围内，误差是否合格。本设计有一些可以改进之处，如换用速度更快的单片机，可以将整个系统的响应速度进行提升。本文完成的主要内容如下：实现直接通过温湿度传感器自动检测室外温度参数和环境湿度信息；实现通过气压传感器检测大气压强；实现通过风速传感器和风向传感器进行实时跟踪检测风速和风向；实现通过雨滴传感器模拟检测降雨量；实现液晶显示屏实时显示温度、湿度、气压、风速、风向和降雨量；(6)实现将液晶显示屏上的数据通过蓝牙模块实时传输到手机上。本课题完成的气象监测系统的优点在于方便接收监测的实时数据，如果遇到实时接收的数据出现异常，监测人员可以迅速发现问题所在，并给出相应的解决方案。缺点在于风向和风速传感器需要10V~30V的电压单独供电，因为条件有限，所以在设计的时候是使用电池供电，但是电池的电压达不到所需电压就需要更换电池。如果带负载能力不够的话会导致风向和风速传感器出现运转错误和不能运转的情况。此时就会导致实时传输的数据有误。本次课题设计最终完成了基本要求，但是成品还存在一定的不足，后续需要更加完善和实现一些存在的问题和功能。在将来，可以通过一个稳定的电源电压给风速和风向传感器供电，就不会出现数据异常的现象，效率和可靠性会更高。

参考文献[1]