專利名稱：氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)據(jù)采集設(shè)備，尤其是一種可以采集多種氣象裝備運行環(huán)境多要 素采集器。
背景技術(shù)：
氣象裝備安全穩(wěn)定運行是日常氣象保障工作的基礎(chǔ)，氣象裝備的運行環(huán)境滿足設(shè) 計要求和安全防事故是確保裝備安全穩(wěn)定運行的重要條件。近年來，隨著氣象裝備配發(fā)數(shù) 量增多，裝備的技術(shù)含量與復(fù)雜性日益增強，對運行環(huán)境的要求也越來越高，因此氣象裝備 運行環(huán)境的安全保障的重要性和需求日益凸現(xiàn)。氣象中心(臺)包括多個不同室，每個室根據(jù)所安放設(shè)備和功能的不同，所需要檢 測的環(huán)境要素也不盡相同。目前氣象中心(臺站)還沒有對影響裝備運行的溫度、濕度、煙 霧含量等環(huán)境要素進行有效監(jiān)測，裝備運行的溫度、濕度以及煙霧等環(huán)境要素直接影響精 密氣象設(shè)備的工作和精度。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種多種氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，該采集器 可以將溫度、濕度、煙霧等環(huán)境要素實時同時采集并傳輸，為這些氣象設(shè)備運行環(huán)境要素信 息情報的收集匯總提供原始數(shù)據(jù)。本實用新型的技術(shù)方案是一種氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，它包括傳感器采集模塊、微處理器控制模 塊、顯示模塊、電源模塊、工作電源監(jiān)測電路和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述傳感器采集模塊用于采 集溫度和濕度兩個擬量輸出值；傳感器采集模塊還包括與微處理器控制模塊的數(shù)字量信號 輸入端連接的煙霧傳感器；工作電源監(jiān)測電路用于檢測零線與火線壓差以及地線與火線壓 差，工作電源監(jiān)測電路的零線與火線壓差輸出值以及地線與火線壓差輸出值分別與微處理 器控制模塊對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端連接；顯示模塊包括液晶顯示模塊以及液晶顯示模塊控 制電路，液晶顯示模塊控制電路連接微處理器控制模塊的輸出端口 ；電源模塊包括為溫度 傳感器和濕度傳感器提供電源的傳感器模塊工作電源電路、連接微處理器控制模塊的電源 輸入端的微處理器工作電源電路以及連接液晶顯示模塊控制電路的液晶顯示模塊工作電 源電路；數(shù)據(jù)傳輸模塊包括數(shù)據(jù)傳輸模塊接口電路和串行通信總線接口，數(shù)據(jù)傳輸模塊接 口電路與微處理器控制模塊的通用異步收發(fā)端口連接。所述溫度傳感器為鉬電阻傳感器。所述濕度傳感器為濕敏電容傳感器。所述采集器還包括與微處理器控制模塊的振動器控制端連接的時鐘電路。所述采集器還包括與微處理器控制模塊的復(fù)位控制端連接的復(fù)位控制電路。所述傳感器采集模塊包括溫度傳感器和溫度測量電路，溫度測量電路連接微處理 器控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，傳感器采集模塊還包括濕度傳感器和濕度測量電路，濕度 測量電路連接微處理器控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端。[0011]所述采集器還包括JTAG調(diào)試電路，所述JTAG調(diào)試電路的復(fù)位端、輸出端、輸入端、 時鐘端和模選信號端分別與微處理器控制模塊的相應(yīng)端口連接。本實用新型的有益效果是本實用新型的采集器對溫度、濕度、煙霧設(shè)計專用的電路實現(xiàn)采集功能，從而實現(xiàn) 綜合采集功能?？朔朔稚⒈O(jiān)測設(shè)備設(shè)備分散、相互不兼容、沒有統(tǒng)一管理采集等弊端。本實用新型的采集器可以實時獲取影響裝備運行的環(huán)境要素信息，以便于對高危 險等級的異常進行報警以便能及時處理，消除隱患。本實用新型的采集器的使用能夠改變目前人工監(jiān)控模式，監(jiān)控方式從被動轉(zhuǎn)變?yōu)?主動，從離散轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)，從事后分析轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r監(jiān)測。可為各級氣象保障業(yè)務(wù)部門的裝備 保障和安全管理提供一個便捷、可靠的手段，提高管理的效率，提高裝備保障與管理的信息 化水平。系統(tǒng)可以作為日常裝備保障與值班的一個輔助手段和平臺。
圖1是本實用新型的原理框圖。圖2是本實用新型的溫度測量電路的電路圖。圖3是本實用新型的濕度測量電路的電路圖。圖4是本實用新型的工作電源監(jiān)測電路的電路圖。圖5是本實用新型的微處理控制模塊LM3S6916的管腳功能示意圖。圖6是本實用新型的微處理器工作時鐘的電路圖。圖7是本實用新型的JTAG調(diào)試接口電路的電路圖。圖8是本實用新型的系統(tǒng)復(fù)位控制電路的電路圖。圖9是本實用新型的液晶顯示模塊控制電路的電路圖。圖10是本實用新型的溫濕傳感器工作電源的電路圖。圖11是本實用新型的微處理器工作電源電路的電路圖。圖12是本實用新型的液晶顯示模塊工作電源電路的電路圖。圖13是本實用新型的是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述一種氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，它包括傳感器采集模塊、微處理器控制模 塊、顯示模塊、電源模塊、工作電源監(jiān)測電路和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述傳感器采集模塊用于采 集溫度和濕度兩個擬量輸出值；傳感器采集模塊還包括與微處理器控制模塊的數(shù)字量信號 輸入端連接的煙霧傳感器；工作電源監(jiān)測電路用于檢測零線與火線壓差以及地線與火線壓 差，工作電源監(jiān)測電路的零線與火線壓差輸出值以及地線與火線壓差輸出值分別與微處理 器控制模塊對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端連接；顯示模塊包括液晶顯示模塊以及液晶顯示模塊控 制電路，液晶顯示模塊控制電路連接微處理器控制模塊的輸出端口 ；電源模塊包括為溫度 傳感器和濕度傳感器提供電源的傳感器模塊工作電源電路、連接微處理器控制模塊的電源 輸入端的微處理器工作電源電路以及連接液晶顯示模塊控制電路的液晶顯示模塊工作電 源電路；數(shù)據(jù)傳輸模塊包括數(shù)據(jù)傳輸模塊接口電路和串行通信總線接口，數(shù)據(jù)傳輸模塊接口電路與微處理器控制模塊的通用異步收發(fā)端口連接。所述溫度傳感器為鉬電阻傳感器。所述濕度傳感器為濕敏電容傳感器。所述采集器還包括與微處理器控制模塊的振動器控制端連接的時鐘電路。所述采集器還包括與微處理器控制模塊的復(fù)位控制端連接的復(fù)位控制電路。所述傳感器采集模塊包括溫度傳感器和溫度測量電路，溫度測量電路連接微處理 器控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，傳感器采集模塊還包括濕度傳感器和濕度測量電路，濕度 測量電路連接微處理器控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端。如圖1所示，采集器的硬件結(jié)構(gòu)主要由五個功能模塊組成傳感器采集模塊、微處 理器控制模塊、顯示模塊、電源模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，下面對各個功能模塊的實現(xiàn)電路進行 介紹。傳感器采集模塊包括鉬電阻溫度傳感器、濕敏電容濕度傳感器的接口與信號調(diào)理 電路，兩路工作電源的轉(zhuǎn)換調(diào)理電路。1.溫度測量電路溫度測量是利用PtlOOO鉬電阻的阻值隨溫度變化的已知規(guī)律，通過測量鉬電阻 值，來推算溫度值的。測量電路由電阻分壓電路、電壓跟隨電路和放大電路三部分組成，如 圖2所示。設(shè)計電壓跟隨電路是為了減少放大電路的輸入阻抗對鉬電阻分壓電路的影響， 減少電路的測量誤差。設(shè)計放大電路是由于本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊參考電壓是3伏，設(shè)計 一定的放大倍數(shù)將本系統(tǒng)要求的滿量程范圍內(nèi)的測量信號調(diào)整到0 3伏。放大器選用 LM324四路運算放大器，單電源供電。2.濕度測量電路濕度傳感器濕敏電容在5伏供電的情況下，輸出電壓隨濕度的變化在0 5伏之 間，為了將輸出電壓調(diào)整到微處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換的電壓值范圍內(nèi)，同時解決濕敏電容的阻抗 對后續(xù)電路的影響，濕度的測量電路設(shè)計了兩路電壓跟隨電路和一路分壓電路，如圖3所 示。設(shè)計電壓跟隨電路同時減少分壓電路對前端濕敏電容測量電路和后端微處理器模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路的影響。3.煙霧傳感器測量煙霧傳感器輸出信號是數(shù)字開關(guān)量，由CPU的PC5腳讀入。4.工作電源監(jiān)測電路工作電源為220V50HZ交流電，采集器主要是監(jiān)測工作電源電壓值，首先采用 9V15W的變壓器將工作電源降低，然后通過二極管橋式整流電路將交流電轉(zhuǎn)為直流電，再通 過電阻、電容進行分壓、濾波，將信號降至3伏以內(nèi)，傳至微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電路圖 如圖4所示。5.微處理器控制模塊微處理器控制模塊的微處理器選用LM3S6916芯片，該微處理器采用 ARMC0rtex -M3處理器內(nèi)核。ARM CorteXTM-M3處理器是為滿足小存儲要求解決方案、簡化 管腳數(shù)以及低功耗三方面要求的高性能、低成本平臺提供的一個內(nèi)核，它還提供了出色的 計算性能和優(yōu)越的系統(tǒng)中斷響應(yīng)能力，其信號引腳如圖5所示。LM3S6916 ADC模塊的模數(shù) 轉(zhuǎn)換分辨力為10位，支持6個輸入通道，可進行單端和差分輸入配置，500000次/秒的采樣 率，4個可編程的采樣轉(zhuǎn)換序列，每個序列均帶有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果FIFO，每個采樣序列均可以靈活編程，其輸入源、觸發(fā)事件、中斷的產(chǎn)生和序列的優(yōu)先級都是可以配置的。本采集器 使用了 3個輸入通道。LM3S6916控制器包括3個完全可編程的16C550_type通用異步收發(fā)器(UART)，支 持高達460. 8Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。每個UART都能支持IrDA功能。提供獨立的16x8發(fā) 送(TX)和16x12接收(RX)FIFO緩存，可減輕CPU中斷服務(wù)的負擔(dān)。UART能夠根據(jù)RX、TX、 調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)和錯誤條件產(chǎn)生獨立可屏蔽的中斷。LM3S6916包含7個物理通用輸入輸出端口(GPIO)模塊，每個模塊對應(yīng)一個獨立的 GPIO端口(端口 A，端口 B，端口 C，端口 D，端口 E，端口 F和端口 G)。GPIO模塊遵循FiRM 規(guī)范，并且支持7-35個可編程的輸入輸出管腳，具體取決于正在使用的外設(shè)。LM3S6916包含4個通用定時器模塊(GPTM)(定時器0，定時器1，定時器2和定時 器3)。每個模塊包含兩個16位的定時計數(shù)器，用戶可以將它們配置成獨立運行的定時器或 事件計數(shù)器，或?qū)⑺鼈兣渲贸?個32位定時器或一個32位實時時鐘。6.時鐘電路時鐘電路是數(shù)字電路的心臟，在整個系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用。本采集器微處 理器的工作時鐘6MHz。處理器內(nèi)部有與之對應(yīng)的振蕩器，在外部只需使用石英晶體和一些 電阻、電容元件就可以組成穩(wěn)定的時鐘發(fā)生器，如圖6所示。7. JTAG調(diào)試電路通過JTAG接口，可對芯片內(nèi)部的所有部件進行訪問。在電路中使用7根信號線引 出即可，如圖7所示。JTAG(Joint Test Action Group)聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標準測試協(xié)議 (IEEE 1149. 1兼容)，主要用于芯片內(nèi)部測試。現(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如 DSP,FPGA器件等。標準的JTAG接口是4線TMS、TCK、TDI、TD0，分別為模式選擇、時鐘、數(shù) 據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。JTAG最初是用來對芯片進行測試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一 個TAP (Test Access Port&#0 ；測試訪問口)通過專用的JTAG測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進 行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現(xiàn)對各 個器件分別測試?，F(xiàn)在，JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISPan-System Programmable&#0 ；在線編 程)，對FLASH等器件進行編程。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因 此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進度。 JTAG接口可對PSD芯片內(nèi)部的所有部件進行編程。20針JTAG接口定義引腳名稱描述為l、VTref目標板參考電壓，接電源，2、VCC接 電源力丄了！^！“測試系統(tǒng)復(fù)位信號^^川、^)、^、^、^、"、〗。均為GND接地，5、TDI測試數(shù) 據(jù)串行輸入，7、TMS測試模式選擇，9、TCK測試時鐘，11、RTCK測試時鐘返回信號，13、TDO測 試數(shù)據(jù)串行輸出，15、nRESET目標系統(tǒng)復(fù)位信號，17、19為NC未連接。8.復(fù)位控制電路系統(tǒng)復(fù)位電路選用SP706S復(fù)位控制芯片，采集器設(shè)計了上電自動復(fù)位和開關(guān)控 制復(fù)位。電路圖如圖8所示。9.顯示模塊電路設(shè)計9. 1 YM12864R液晶顯示模塊[0061]顯示器選用YM12864R漢字圖形點陣液晶顯示模塊，該顯示模塊可顯示漢字及圖 形，內(nèi)置8192個中文漢字(16X16點陣)、1觀個字符(8X16點陣)及64X256點陣顯示 RAM (⑶RAM)，主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性如下電源3.3V 5V(內(nèi)置升壓電路，無需負壓)；像素1 列 X 64 行;顯示顏色黃綠；LCD 類型STN;與MCU接口 8位并行或4位并行或3位串行；配置LED背光；多種軟件功能光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等；共20個引腳，各引腳功能說明見表1。表1 YM12864R液晶顯示模塊引腳說明
權(quán)利要求1.一種氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征是它包括傳感器采集模塊、微處理器 控制模塊、顯示模塊、電源模塊、工作電源監(jiān)測電路和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述傳感器采集模塊 用于采集溫度和濕度兩個擬量輸出值；傳感器采集模塊還包括與微處理器控制模塊的數(shù)字 量信號輸入端連接的煙霧傳感器；工作電源監(jiān)測電路用于檢測零線與火線壓差以及地線與 火線壓差，工作電源監(jiān)測電路的零線與火線壓差輸出值以及地線與火線壓差輸出值分別與 微處理器控制模塊對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端連接；顯示模塊包括液晶顯示模塊以及液晶顯示 模塊控制電路，液晶顯示模塊控制電路連接微處理器控制模塊的輸出端口 ；電源模塊包括 為溫度傳感器和濕度傳感器提供電源的傳感器模塊工作電源電路、連接微處理器控制模塊 的電源輸入端的微處理器工作電源電路以及連接液晶顯示模塊控制電路的液晶顯示模塊 工作電源電路；數(shù)據(jù)傳輸模塊包括數(shù)據(jù)傳輸模塊接口電路和串行通信總線接口，數(shù)據(jù)傳輸 模塊接口電路與微處理器控制模塊的通用異步收發(fā)端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征在于所述溫度傳感 器為鉬電阻傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征在于所述濕度傳感 器為濕敏電容傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征在于所述采集器還 包括與微處理器控制模塊的振動器控制端連接的時鐘電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征在于所述采集器還 包括與微處理器控制模塊的復(fù)位控制端連接的復(fù)位控制電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征在于所述傳感器采 集模塊包括溫度傳感器和溫度測量電路，溫度測量電路連接微處理器控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換 輸入端，傳感器采集模塊還包括濕度傳感器和濕度測量電路，濕度測量電路連接微處理器 控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征在于所述采集器還 包括JTAG調(diào)試電路，所述JTAG調(diào)試電路的復(fù)位端、輸出端、輸入端、時鐘端和模選信號端分 別與微處理器控制模塊的相應(yīng)端口連接。
專利摘要一種氣象裝備運行環(huán)境多要素采集器，其特征是它包括傳感器采集模塊、微處理器控制模塊、顯示模塊、電源模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，本實用新型的采集器對溫度、濕度、煙霧、電源設(shè)計專用的電路實現(xiàn)采集功能，從而實現(xiàn)綜合采集功能?？朔朔稚⒈O(jiān)測設(shè)備設(shè)備分散、相互不兼容、沒有統(tǒng)一管理采集等弊端。本實用新型的采集器可以實時獲取影響裝備運行的環(huán)境要素信息，以便于對高危險等級的異常進行報警以便能及時處理，消除隱患。本實用新型實現(xiàn)了四個要素單板的綜合采集和集成處理，精度和可靠性明顯提高。
文檔編號G01W1/02GK201828677SQ20102058556
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者吳家瑜, 孔璐, 楊長業(yè), 燕忠, 羅煒, 胡友彬, 阮鯤 申請人:孔璐, 楊長業(yè), 燕忠, 胡友彬, 阮鯤