一種基于dsp的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，所述裝置主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)和電源模塊4部分組成；傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)，電源模塊分別與傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型基于DSP的小型氣象站是結(jié)合了DSP的工作原理、大氣參數(shù)的測量方法和小型氣象站的自身特點(diǎn)而提出的一種新設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)行大氣參數(shù)的實(shí)時(shí)測量，并具有了功耗低、便攜性好和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
【專利說明】—種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于氣象監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]用來進(jìn)行大氣參數(shù)測量的小型氣象站廣泛應(yīng)用于氣象服務(wù)、大氣實(shí)驗(yàn)、通信和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，測量的大氣參數(shù)主要包括風(fēng)速、風(fēng)向、大氣濕度、大氣溫度和大氣壓力等。由于大氣參數(shù)的自身特點(diǎn)，使得小型氣象站在便于攜帶、實(shí)時(shí)測量、功耗和抗干擾能力等方面的有較高的要求。在數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,DSP)出現(xiàn)之前,小型氣象站主要是以MCS51單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，面對(duì)大量的氣象數(shù)據(jù)，單片機(jī)數(shù)據(jù)快速處理能力的不足暴露了出來，而DSP因?yàn)槠渥陨淼挠布Y(jié)構(gòu)使得它能夠快速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，彌補(bǔ)了單片機(jī)的不足。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，旨在解決單片機(jī)數(shù)據(jù)快速處理能力不足的問題。
[0004]一種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，所述裝置主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)和電源模塊4部分組成；
[0005]傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)，電源模塊分別與傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)連接。
[0006]進(jìn)一步，所述測量風(fēng)速的裝置包括:紅外光源、遮光塊、紅外探測器、I/V變換電路、脈沖幅值穩(wěn)定電路；
[0007]紅外光源連接遮光塊；
[0008]遮光塊連接紅外探測器；
[0009]紅外探測器連接I/V變換電路，實(shí)現(xiàn)把風(fēng)速轉(zhuǎn)換成單位時(shí)間脈沖輸出個(gè)數(shù)的任務(wù);
[0010]I/V變換電路連接脈沖幅值穩(wěn)定電路，把紅外探測器輸出的微弱電流進(jìn)行放大；[0011 ] 脈沖幅值穩(wěn)定電路連接DSP系統(tǒng)。
[0012]進(jìn)一步，所述測量風(fēng)速的裝置還進(jìn)一步包括:風(fēng)標(biāo)、精密電位器、直流四臂電橋、電壓調(diào)理電路；風(fēng)標(biāo)連接精密電位器；精密電位器連接直流四臂電橋，把風(fēng)向變化轉(zhuǎn)換成電阻變化；直流四臂電橋連接電壓調(diào)理電路，把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化；電壓調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)。
[0013]進(jìn)一步，所述測量風(fēng)速的設(shè)計(jì)選用了紅外光電開關(guān)式風(fēng)速傳感器和脈沖幅值穩(wěn)定調(diào)理電路。
[0014]進(jìn)一步，所述測量風(fēng)向的裝置選用了 Met one公司的020C型電位器式風(fēng)向傳感器。[0015]本實(shí)用新型基于DSP的小型氣象站是結(jié)合了 DSP的工作原理、大氣參數(shù)的測量方法和小型氣象站的自身特點(diǎn)而提出的一種新設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)行大氣參數(shù)的實(shí)時(shí)測量，并具有了功耗低、便攜性好和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型提供的小型氣象站的工作原理框圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型提供的風(fēng)速測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型提供的風(fēng)向測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0020]圖1出示了本實(shí)用新型提供的基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置。為了便于說明，僅僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分。
[0021]一種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，進(jìn)行大氣參數(shù)測量的氣象站主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)和電源模塊4部分組成。
[0022]傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路；信號(hào)調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)；電源模塊為傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)提供電力。
[0023]由于所測的大氣參數(shù)都是非電量，而測量結(jié)果是建立在對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理得到，所以，在氣象站中針對(duì)每一個(gè)大氣參數(shù)都采用了相應(yīng)的傳感器進(jìn)行非電量到電量的轉(zhuǎn)換傳感器的輸出；因?yàn)槠涔ぷ髟聿煌煌?，本?shí)用新型根據(jù)實(shí)際選擇的傳感器設(shè)計(jì)了不同的信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)傳感器的輸出有針對(duì)性的進(jìn)行濾波，Ι/v變換，脈沖穩(wěn)幅和電壓放大等不同形式的調(diào)理，使得傳感器的輸出經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路之后滿足DSP芯片上A/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓的范圍或者I/O端口的電平要求。
[0024]DSP系統(tǒng)由DSP芯片、DSP外圍復(fù)位電路、振蕩電路、復(fù)位電路和串行通信口組成，DSP系統(tǒng)主要進(jìn)行模擬量輸入通道選擇、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、對(duì)氣象站其他組成部分的控制以及和上位機(jī)進(jìn)行串行通信。
[0025]風(fēng)速反映了大氣的流動(dòng)程度，具有很大的隨機(jī)性。小型氣象站常用于測量近地面風(fēng)速，測量范圍為I?60m/s,分辨率為0.5m/s,精度為±5%。如圖2所示,根據(jù)風(fēng)速測量的特點(diǎn)和要求，本實(shí)用新型選用了紅外光電開關(guān)式風(fēng)速傳感器和脈沖幅值穩(wěn)定調(diào)理電路，來實(shí)現(xiàn)把風(fēng)速轉(zhuǎn)換成單位時(shí)間脈沖輸出個(gè)數(shù)的任務(wù)。
[0026]測量風(fēng)速的設(shè)計(jì)包括以下部分:紅外光源、遮光塊、紅外探測器、I/V變換電路、脈沖幅值穩(wěn)定電路、DSP系統(tǒng)和電源模塊。
[0027]紅外光源連接遮光塊，遮光塊連接紅外探測器，紅外探測器連接I/V變換電路，I/V變換電路連接脈沖幅值穩(wěn)定電路，脈沖幅值穩(wěn)定電路連接DSP系統(tǒng)；電源模塊提供電力。
[0028]在距離風(fēng)輪中心為r的位置刻有一個(gè)遮光塊，在風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)輪以中心軸線為中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)輪每旋轉(zhuǎn)一周，遮光塊經(jīng)過紅外光源和紅外探測器所在的水平線上一次。當(dāng)遮光塊經(jīng)過紅外光源和紅外探測器所在的水平線時(shí)，紅外光源發(fā)出的光被遮光塊阻擋，不能照射在紅外探測器上，紅外探測器輸出一個(gè)脈沖電流，風(fēng)速V與單位時(shí)間內(nèi)電流脈沖個(gè)數(shù)N呈正比關(guān)系。
[0029]信號(hào)調(diào)理電路把紅外探測器輸出的微弱電流進(jìn)行放大后進(jìn)行I/V變換，然后再對(duì)電壓脈沖的幅值進(jìn)行穩(wěn)幅處理后送入DSP系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0030]如圖3所示，測量風(fēng)速的設(shè)計(jì)包括以下部分:風(fēng)標(biāo)、精密電位器、直流四臂電橋、電壓調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)和電源模塊。
[0031 ] 風(fēng)標(biāo)連接精密電位器，精密電位器連接直流四臂電橋，直流四臂電橋連接電壓調(diào)理電路，電壓調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)；電源模塊提供電力。
[0032]在風(fēng)向測量中，采用了精密電位器把風(fēng)向變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，電阻與風(fēng)向滿足正比例關(guān)系，然后，經(jīng)過直流四臂電橋再把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化，由于電壓比較小，所以，還需要使用電壓調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)入DSP系統(tǒng)。
[0033]本實(shí)用新型選用了 Met one公司的020C型電位器式風(fēng)向傳感器，該傳感器的測量范圍為0°?360°，精度為±2°，分辨率為±0.2°。020C型電位器式風(fēng)向傳感器有一個(gè)自重很輕的機(jī)翼形風(fēng)向標(biāo)，它直接和一個(gè)精密電位器相連，對(duì)應(yīng)于O°?360°的風(fēng)向，輸出電壓為O?5V，經(jīng)電壓調(diào)理電路之后，可直接進(jìn)入DSP系統(tǒng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0034]本實(shí)用新型根據(jù)風(fēng)速和方向的測量要求和測量方法，結(jié)合DSP的工作原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)小型氣象站的測量風(fēng)速和方向的部分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)滿足要求，可以作為測量風(fēng)速和方向使用。
[0035]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP的小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，其特征在于，所述裝置主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)和電源模塊4部分組成； 傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)，電源模塊分別與傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、DSP系統(tǒng)連接。
2.如權(quán)利要求1所述小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，其特征在于，所述測量風(fēng)速的裝置包括:紅外光源、遮光塊、紅外探測器、I/V變換電路、脈沖幅值穩(wěn)定電路； 紅外光源連接遮光塊； 遮光塊連接紅外探測器； 紅外探測器連接I/V變換電路，實(shí)現(xiàn)把風(fēng)速轉(zhuǎn)換成單位時(shí)間脈沖輸出個(gè)數(shù)的任務(wù)； I/V變換電路連接脈沖幅值穩(wěn)定 電路，把紅外探測器輸出的微弱電流進(jìn)行放大； 脈沖幅值穩(wěn)定電路連接DSP系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，其特征在于，所述測量風(fēng)速的裝置還進(jìn)一步包括:風(fēng)標(biāo)、精密電位器、直流四臂電橋、電壓調(diào)理電路；風(fēng)標(biāo)連接精密電位器；精密電位器連接直流四臂電橋，把風(fēng)向變化轉(zhuǎn)換成電阻變化；直流四臂電橋連接電壓調(diào)理電路，把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化；電壓調(diào)理電路連接DSP系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求2所述小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，其特征在于，所述測量風(fēng)速的設(shè)計(jì)選用了紅外光電開關(guān)式風(fēng)速傳感器和脈沖幅值穩(wěn)定調(diào)理電路。
5.如權(quán)利要求1所述小型氣象站測量風(fēng)速和風(fēng)向的裝置，其特征在于，所述測量風(fēng)向的裝置選用了 Met one公司的020C型電位器式風(fēng)向傳感器。
【文檔編號(hào)】G01P5/06GK203385749SQ201320475311
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】江厚龍, 趙虎, 許安定 申請(qǐng)人:中國煙草總公司重慶市公司煙草科學(xué)研究所