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基于DSP的小型气象站的硬件设计方案-暴鸡电竞

编辑:暴鸡电竞官网 来源:暴鸡电竞官网 创发布时间:2021-02-13阅读40957次
  

【暴鸡电竞官网】摘要:针对大气参数测量的抑制和测量方法,结合数字信号处理器的工作原理,研究了数字信号处理器在大气参数测量系统中的应用。明确提出了测量大气参数的设计方案。通过硬件设计和软件设计,结合数字信号处理器R&D和调试环境,设计了一个能够测量风向、风速、大气温度、大气湿度和大气压力等大气参数的小型气象站。

通过对设计样机的测试,大气参数的测量范围、分辨率和精度基本满足小型气象站的剔除要求。由于DSP本身的优势,所设计的小型气象站还具有便携性、低功耗、动态测量、抗干扰能力强的特点。

在第0章中,用于测量大气参数的小型气象站广泛应用于气象服务、大气实验、通信和农业。测得的大气参数主要包括风速、风向、大气湿度、大气温度和大气压力。由于大气参数的特点,小型气象站在加载方便、动态测量、功耗和抗干扰能力等方面都有较高的拒绝度。

在数字信号处理器(DSP)出现之前,小型气象站主要是以MCS51单片机为核心的数据采集和处理系统。面对大量的气象数据,单片机慢处理能力的严重不足暴露无遗。然而,由于其自身的硬件结构,数字信号处理器需要处理数据的速度很慢,这弥补了单片机的严重不足。

基于数字信号处理器的小型气象站是将数字信号处理器的工作原理、大气参数的测量方法和小型气象站的特点相结合的一种新设计。它需要对大气参数进行动态测量,具有功耗低、便携性好、抗干扰能力强的特点。1气象站工作原理及硬件框图测量大气参数的气象站主要由传感器、信号调理电路、DSP系统和电源模块四部分组成,如图1右图所示。

由于测量的大气参数都称为电量,测量结果是通过处理电信号产生的,因此气象站中的每个大气参数都使用合适的传感器从非电量切换到电量。传感器输入因其工作原理不同而不同。本文根据实际自由选择的传感器,设计了不同的信号调理电路。

对传感器输入进行不同形式的调理,如目标扩展滤波、I/V转换、脉冲幅度稳定、电压缩放等,使传感器输入经过信号调理电路后满足DSP芯片上A/D转换器的输出模拟电压范围或I/O端口的电平抑制。数字信号处理器系统由数字信号处理器芯片、数字信号处理器外围中断电路、振荡电路、中断电路和串行通信端口组成。DSP系统主要开发模拟输出地下通道的自由选择、A/D转换、信号处理、气象站其他部件的控制以及与上位机的串行通信。电源模块为数字信号处理器系统和气象站的其他部件提供稳定的DC电源。

2传感器和信号调理电路2.1风速传感器和信号调理电路风速反映了大气流动的程度,具有相当大的随机性。小气象站常用于测量近地面风速,测量范围1 ~ 60m/s,分辨率0.5m/s,精度5%。

根据风速测量的特点和抗干扰性,利用红外光电开关风速传感器和脉冲幅度稳定调理电路,构建了将风速转换为单位时间脉冲输入数的任务。示意图如图2右图所示。

在风轮中心的r位置刻有一个遮阳挡。当风使风轮绕中心轴转动时,遮阳挡在风轮每转动一次时穿过红外光源和红外探测器所在的水平线一次。

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当遮阳挡穿过红外光源和红外探测器所在的水平线时,光线接收 2.2风向传感器和信号调理电路在风向测量中,仪表电位器传感器用于将风向变化转换成与风向成正比的电阻变化。然后,通过DC四桥开关电路将电阻变化转化为电压变化。由于电压比较小,还必须缩放到A/D转换器可以区分的电压范围,然后转换成A/D转换器,通过多路复用器构造模数转换,转换结果传入DSP系统,风向测量原理框图如右图3所示。本设计配合Metone的020C电位器风向传感器,测量范围0 ~ 360,精度2,分辨率0.2。

020C电位器风向传感器有一个可调的轻型翼形风向标,需要连接一个仪表电位器,对应0 ~ 360的风向,输入电压为0 ~ 5v,经过电压调理电路后可以传到DSP系统进行A/D切换。。

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