电子信息工程毕业设计（论文）基于单片机的气象信息采集系统.doc

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1、 湖州师范学院求真学院 毕 业 设 计（论文）2011届 题 目 基于单片机的气象信息采集系统 专 业 电子信息工程 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 13402 完成日期 2011年 5月7日 湖州师范学院求真学院教务部印制基于单片机的气象信息采集系统摘 要：随着科技的发展，气象信息采集技术也得到了快速的发展，从原先的人工定时采集发展到现在的无人实时采集。气象信息采集是自动采集、处理、传输气象信息的过程。本系统由采集模块、数据传输模块、管理模块和显示模块组成。它采用STC89C51单片机作为管理模块，利用温湿度传感器对室外的气象信息进行实时采集并通过无线传输模块进行无线信息传输。接收端接

2、收到信息后经过处理可直接显示到液晶屏上。通过温湿度设置按键，可以进行警戒温湿度的设定。关键词：气象信息采集，STC89C51单片机，无线传输模块Design of Meteorological Information Acquisition System Based on MicrocontrollerAbstract：With the development of science and technology, meteorological information acquisition technology also obtained fast development, from the

3、original artificially timing acquisition development up to now unmanned real-time data acquisition.Meteorological information collection is automatic acquisition, processing and transmission meteorological information process. The system are consists of acquisition module, the data transmission modu

4、le, management module and display module.The system uses the STC89C51 microcontroller as management module, the outdoor weather information for real-time acquisition is collected by the temperature and humidity sensor DHT11,and through wireless transmission module for wireless information transmissi

5、on,the information can be received by the receive termination.The receiver to receive information after treatment can directly display to LCD screen.Through the temperature and humidity settings button,you can set the warning temperature and humidity. Key words：meteorological information collection,

6、 STC89C51 microcontroller, wireless transmission module目 录1 绪论11.1研究现状11.2课题设计目的和应用21.3本文的主要内容和结构22 系统设计内容与要求33 系统硬件设计43.1电源电路43.2现场气象信息采集及无线传输53.2.1单片机53.2.2温湿度数据采集63.2.3无线数据传输83.3无线数据接收及显示93.3.1无线数据接收103.3.2数据显示103.3.3键盘输入113.3.4蜂鸣器114 系统软件设计124.1系统软件总体设计124.2温湿度采集模块124.3无线传输模块134.4显示模块144.5按键模块14

7、5 系统调试155.1 硬件调试155.2 软件调试156 结束语16参 考 文 献17致 谢18附 录11 绪论1.1研究现状国外自动气象数据采集系统的发展概况1：上个世纪50年代，前苏联研制的M36型自动气象站，美国研制的AMOS-III型自动气象站是有史以来第一批自动气象信息采集系统，这些信息采集系统的结构比较简单，只能检测到少量的气象信息。到了60年代中期，第二代自动气象信息采集系统已经能适应各种比较残酷的气候条件，但是由此产生的存储和传输问题，却始终没能得到很好的解决。到了70年代，大量的集成电路相继被运用到第三代自动气象信息采集系统中，从而实现了软件模块化、硬件积木化，同时为了提高

8、信息的处理、记录和传输能力，单片机也被运用到自动气象信息采集系统中来。由此开始，自动气象信息采集系统真正的被推广开来。90年代以后，国外许多国家都采用自动气象信息采集系统建成业务性自动观测网。国内自动气象数据采集系统的发展概况：60年代初期，我国开始效仿国外的自动气象站，开始了对自动气象信息采集系统的研制。到了70年代初，我国才研制出了5台自动气象信息采集系统，并且在青海省进行试验。由于种种原因，一直无法深入的进行研制工作，因此跟国外自动气象站的差距越来越大。直到90年代初，中小尺度天气自动气象监测网才在长三角、珠三角地区建站运行，由此开始，我国自行研制的第一批自动气象信息采集系统设计定型，并

9、且被广泛的推广开来。截至到目前，全国大部分地区的气象站都使用了自动气象信息采集系统，并且实现了全国联网。虽然近几年我们的工业科技水平得到了突飞猛进的发展，但是国内的自动气象站相比于国外还是有比较大的差距。主要存在于采集信息过于单一，信息存储及信息传输误差大等缺陷，特别是那些远在偏远地方的采集系统往往所要大量的人力和财力的投入。随着科技水平的提高，无线技术的成熟，自动气象信息采集系统正在走入气象监测的舞台。气象信息观测也由早期的人工观测发展为仪器自动观测。人们只需要坐在室内操纵计算机，便能及时的了解各个地方的实时气象信息。因此建立气象信息采集系统是必然的趋势。气象信息采集系统的优点是：(1)实时

10、监测温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度等九要素气象参数，为大幅提高定时定点气象预报水平提供详细的气象数据。(2)降低人工观测的误差。由自动气象站监测并且直接传输到计算机中进行数据分析显示。(3)观测人员的工作重点由观测记录数据逐步转移到对数据的分析研究上和对自动气象信息采集系统的维护上。(4)减少人员需求。自动气象信息采集系统的使用可以使气象站的人员减少到2-3人2。综上所述，气象信息采集系统具有低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守、适用范围广、适应能力强等特点，硬件和软件均采用组合式开放性设计，可灵活组合使用。从而提高了气象站观测资料的空间密度和时间密度，增强了

11、监测、警报、预警能力。被广泛应用于农业、水文、军事、仓储、机场、科学研究等领域。1.2课题设计目的和应用我国幅员辽阔，地形复杂，地貌多样，地势起伏大，山地、平原、丘陵和高原林立。由于受地理位置和复杂多样的地形条件的影响，全国气候差异明显，具有多样性和复杂性的特点。为满足中小尺度预报模式需要，并及时掌握局地气象信息变化，各种中小尺度网格的野外自动气象观测站相继建成3。对气象信息采集系统的要求也就越来越高，研发环境适应能力强、气象要素观测稳定、观测精度高的气象信息采集系统十分必要。虽然我国对气象信息采集系统的研究起步比较晚，但是经过有关专家的不断试验和改进，已经取得了不小的进步。目前应用最广的自动

12、气象站就是本课题的研究雏形。针对自动气象站结构复杂的特点，本课题进行了相应的改进，使其具有便于安装调试，集成度高，费用低，结构简单的特点，能够满足一般气象信息观测的要求。气象信息采集系统可以方便地移植应用于一般用户，这将为拓宽气象业务的发展做出一份贡献，从而更好的推动气象事业的发展，并使其更好地为大众服务4。1.3本文的主要内容和结构本设计是以自动气象站为雏形，提出并设计了一个结构简单的气象信息采集系统。针对各种各样的要求，在硬件上采用了功能强大的STC89C51单片机作为核心的控制器件，承担气象信息采集过程当中的信息处理工作，单片机接收DHT11传感器传送过来的温湿度数字信号，通过无线传输模

13、块进行数字信号传输，最终将测量到的温湿度显示到液晶屏上面。为了使该设计的应用范围更广，特意在信息采集的基础上添加了超限警报功能。并且，该功能可以自行进行数据的设定，避免了不必要的麻烦。在软件上注重结构的合理化安排，使用C语言进行编程，使程序容易维护、修改和扩充。以下是论文的主要结构：第一章介绍了气象信息采集系统的发展现状，介绍了自动气象站，提出了本文的研究目的和应用。第二章讲述了气象信息采集系统的整体设计思路，介绍了本课题的设计内容与要求。第三章阐述了现场气象信息采集及无线发送和无线数据接收及显示的硬件设计，说明了相应元器件的选择和应用，描述了各部分控制原理。第四章介绍了各模块的软件设计，说明

14、了各元器件的编程思路。第五章阐述了系统的硬件和软件调试。第六章结束语。2 系统设计内容与要求一个完整的气象信息采集系统主要由硬件和软件两部分组成。仅从硬件方面来看，目前气象信息采集系统主要采用集散式和总线式两种体系结构集散式数据采集系统是计算机网络技术的产物，它由数据采集站、上位机及通信线路组成。采用总线技术的自动气象数据采集可以使结构简单，工作可靠，耗电量低，组网通讯方便5。在两种系统方案中本论文选择的是集散式信息采集系统体系。从软件方面来看，为求更改方便，本设计采用C语言进行编程。本系统是以STC89C51单片机作为信息处理核心的气象信息采集系统装置，适用于家庭、学校、蔬菜大棚等场所。本系

15、统的核心部件STC89C51单片机，接收和处理来自传感器的信号，通过程序的执行，在液晶显示屏上显示结果。系统能测量实时的温度和湿度，并在液晶屏上显示。再者，系统具有超限警报功能，一旦被检测的空气中温度或者湿度大于设定数值时，发出警报。该系统的电源可以采5V直流电供电。本文实现一种基于单片机的气象信息采集系统，整个系统的功能模块可分为发送部分(图a)和接收部分(图b)，如下图2-1所示：图a 发送部分框架图 图b 接收部分框架图图2-1 气象信息采集系统框图系统主要实现下面几个功能发送部分功能：（1）现场采集部分的温湿度传感器模块采集数据，将采集到的数据传给STC89C51单片机进行处理。（2）

16、现场部分的单片机处理完的数据经过NRF24L01无线传输模块传送。接收部分功能：（3）接收部分的无线传送模块接收数据，并将数据传送给单片机。（4）单片机经过数据处理后传送给LCD1602液晶屏显示。另外，采集到的气象要素数据进行处理前一段要经过传感器界限值和气象要素允许范围检查6。所以系统设有安全警报，可以预先设定温度湿度，一旦超过该设定温度或者湿度，就会发出警报，比较适合一般的蔬菜大棚。本系统设计力求使用方便，以人为本的人性化设计。3 系统硬件设计系统设计主要分为发送部分和接收部分。其中发送部分主要包含气象信息采集模块(DHT11)、STC89C51单片机模块、电源模块和无线传输模块。具体电

17、路图如图3-1所示。接收部分主要包含STC89C51单片机模块、显示模块、键盘模块、无线传输模块、蜂鸣器模块和电源模块。具体电路图如图3-2所示。图3-1 发送部分电路图图3-2 接收部分电路图3.1电源电路电源是整个系统工作的基本保障，本设计的工作电压是5V，如果使用220V交流电供电，则需要LM7805稳压电路。为了简化电源系统，本设计直接使用直流电供电(干电池供电达不到元器件的工作电压)。由于NRF24L01无线传输模块的工作电压是3.3V，因此，在电路中必须加入三端稳压器，将5V的电压降到3.3V。本次设计使用的是AMS1117，相比7805的优点是：正常工作时，输入电压与输出电压之差

18、可降低至1V，而5V-3.3V=1.7V1V，可见采用单5V电源供电所有元器件都可正常工作。发射部分和接收部分的电源都是5V，电路图如图3-3所示：图3-3 AMS1117电路图3.2现场气象信息采集及无线传输3.2.1单片机气象信息采集系统的硬件设计包括传感器的选择和信息采集器的设计。而单片机是气象信息采集系统的核心，主要功能是将传感器所检测到的各种电信号进行获取处理。单片机又称嵌入式微控制器或微控制器，是用于测控用途的一种微型计算机，主要是以嵌入式形态嵌入到各种测控设备中，应用十分广泛。单片机按其位数分为4位、8位、16位、32位，目前以8位居多，16位次之7。本次设计采用STC89C51

19、单片机作为管理模块。STC89C51单片机是8051新一代单片机，具有高速、低功耗等特点。最高工作频率可分别达到25MHz50Hz。STC89C51单片机的工作电压分为5V型号和3.3V型号。5V型号可工作于3.4V6.0V，而3.3V型号可工作于2.0V4.0V。STC89C51可以完成ISP在线编程功能,并且全面兼容其它51单片机。STC89C51内部有E2PROM，可以在程序中修改，而且断电不丢失数据。此外，还增加了两级中断优先级等等8。图3-4为单片机引脚图：图3-4 单片机引脚图STC89C51单片机部分特性如下：1.ISP与IAP编程方式2.降低单片机对外部电磁辐射3.内部可扩展R

20、AM4.具有双DPTR数据指针5.可扩展P4口6.内置看门狗电路7.软复位功能8.带A/D功能9.性价比高由于本设计涉及到无线数据的收发，因此，需要两个STC89C51单片机模块。在一个单片机模块中，除了STC89C51单片机外，还需要时钟电路以及复位电路。时钟电路由两个30pF的电容和一个12MHZ晶振组成。而复位电路就是向单片机的RST复位引脚输入一个持续时间上大于2个时钟周期的高电平。单片机模块电路图如图3-5所示：图3-5 单片机模块电路图3.2.2温湿度数据采集温度是国际单位制中7个基本物理量之一，与人们的生产生活密切相关9。测量温度传感器种类很多，常用的有：超声测温计、热电偶、金属

21、热电阻、热敏电阻、PN结及IC温度测量元件等。湿度很难用数量来表示。对湿度的表示方法是相对湿度。而常用的湿度传感器也有好几种，比如：湿敏电阻、湿敏电容、集成湿度传感器等10。由于温度与湿度的关系密切，因此温湿度一体的传感器相应产生。市场上的温湿度传感器一般测量的是温度量和相对湿度量。温湿度测量主要存在的问题是精度要求。提高精度，减小误差那是非常困难的。目前国内的自动气象站使用的都是进口的温湿度传感器，比如HMP45A/45D，这是由Vaisala公司生产的，被广泛运用于自动气象站。而本次设计以节约成本为目的，采用DHT11作为温湿度采集模块。DHT11温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的

22、温湿度复合传感器，自带A/D转换器，因此就节省了将模拟信号转换为数字信号这个过程。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有很高的可靠性和稳定性，超小的体积和超低的功耗，其封装为4针单排引脚封装，信号传输距离可到20米以上。DHT11温湿度传感器通过单总线与单片机连接，既可以传输时钟信号，又可以传输数据信号，与传统的模拟信号传感器相比，更简单，更方便11。需要注意的是在测量湿度时，温度对于测量湿度的影响会非常大。如果传感器附近的元器件释放热量，在安装时，尽可能将DHT11安装在释放热量的元器件下方并且远离元器件，同时保持良好的通风。为了更好的获得准确的数据，DHT11与电路板其他部分的

23、镀铜层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。同样的，DHT11的应用领域非常广，比如汽车、暖通空调、家电、温湿度调节器、除湿器、医疗、湿度调节器、气象站、自动控制、数据记录器等。DHT11温湿度传感器性能参数：温度测量范围： 060精度： 2测量分辨率： 8bit湿度测量范围： 2090RH精度： 5%RH测量分辨率： 8bit供电电压： 35.5V保存条件：温度1040 湿度60以下DHT11的引脚说明如表3-1所示：表3-1 DHT11引脚说明引脚号名称注释1VDD供电3.5V5.5V2DATA串行数据，单总线3NC空脚，悬空4GND接地，电源负极我们采用DHT11温湿度传感器，其主要特

24、性如下：(1)4引脚安装(2)完全互换(3)超低能耗(4)无需额外部件(5)超长的信号传输距离(6)卓越的长期稳定性(7)相对湿度和温度测量(8)全部校准，数字输出由于DHT11不需要放大电路，因此，采集模块只有DHT11传感器与一个10K的上拉电阻组成。电路图如图3-6所示：图3-6 DHT11温湿度采集模块电路图3.2.3无线数据传输无线传输模块是信息传输的核心，承担了信息的传输工作。常用的无线模块有NRF905、NRF24L01、CC1100、Si4432、CC1020、CC2500等型号。在选用无线模块方面有如下几个方案：方案一、选用Si4432型号模块。Si4432型号模块具有完整的

25、FSK收发器，最大发射功率为17dBm，接收灵敏度高达-115dBm，传输速率最大可达128Kbps，工作频率为433M免费ISM频段(430.23439.75MHz)，也可以工作于900.72929.27MHz，空旷通讯距离可达800米以上。方案二、选用NRF905型号模块。NRF905型号模块工作电压为1.93.6V，调制方式为GFSK，最大传输速率为50Kbps，瞬间最大工作电流小于30mA，并且433MHZ开放ISM频段免许可使用，工作频段为422.4473.5MHz，空旷地通讯距离为100米以上。方案三、选用CC1100型号模块。CC1100型号模块的工作电压为1.93.6V，最大发

26、射功率为10mV，瞬间最大工作电流小于30mA，并且433MHz的免费ISM频段免许可使用，工作频段为402MHz470MHz，最高工作速率为500Kbps，支持2-FSK、GFSK和MSK调制方式，空旷地通讯距离为250米以上。方案四、选用CC1020型号模块。CC1020型号模块工作电压为2.3V3.6V，低电流消耗为19.9mA，工作频率范围为402MHz470MHz，灵敏度高，数据率最高可达153.6Kbps,SPI接口配置内部寄存器，标准DIP间距接口，便于嵌入式应用，开阔地通讯距离可达500米以上。方案五、选用NRF24L01型号模块。NRF23L01型号模块的工作电压为1.93.

27、6V，调制方式为GFSK，最大发射功率为1mV,瞬间最大工作电流小于15mA，最大传输效率为2Mkbps，工作频率为2.4002.524GHz，掉电模式下的功耗400mA，待机模式下的功耗为32uA，具有片内稳压器，可在1.93.6V低电压工作，空旷地通讯距离可达20米以上。方案六、选用CC2500型号模块。CC2500型号模块的工作电压为1.83.6V，工作频率范围为24002483.5MHz，ISM和SRD频段免许可使用，最高工作速率为500Kbps,支持2-FSK、GFSK和MSK调制方式，接收灵敏度高，支持低功率电磁波激活功能，外部中断唤醒，外部中断或RTC唤醒系统，空旷地通讯距离为2

28、0米以上。方案一、方案三、方案四性能十分强大，可相对于其他几个方案来说过于复杂，跟本设计的简约设计初衷相矛盾。而方案二的价格太高，因此不适合。由于平时从未接触过CC2500型号模块，因此本设计采用方案五的NRF24L01无线传输模块。NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作频段范围在2.4GHz2.5GHz之间，而且NRF24L01的功耗非常低，因此比较适合简单的设计。NRF24L01主要特性12如下：GFSK调制；硬件集成OSI链路层；具有自动应答和自动再发射功能；片内自动生成报头和CRC校验码；数据传输率为1Mb/s或2Mb/s；SPI速率为0Mb/s10Mb/s；125个频道；与

29、其他NRF24系列射频器件相兼容；QFN20引脚4mm4mm封装；供电电压为1.9V3.6V。NRF24L01的封装及引脚排列如图3-7所示：图3-7 NRF24L01引脚排列由于无线传输模块跟无线接收模块是一对的，都采用了NRF24L01，因此它们的电路图相同如下图3-8所示：图3-8 无线传输模块原理图3.3无线数据接收及显示3.3.1无线数据接收无线数据接收部分与无线发射部分是对应的，同样采用的是NRF24L01无线传输模块。NRF24L01虽然比较简单，但是它在开阔地的实测距离仍可以达到20米以上，能满足一般的需求。而且它的使用方法非常简单，不需要什么专业知识，只需要5个普通的IO操作

30、即可完成数据收发，任何单片机都可以选择此模块。本设计使用的NRF24L01无线传输模块虽然小巧，但是一点不妨碍到它的使用领域。像车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等都会出现它的身影。3.3.2数据显示一个系统中，显示部分同样非常重要，它能将用户所需要的资料信息都显示出来。常用的显示设备有数码管、LCD显示屏、各类点阵等。常用的显示方案有如下几种：方案一、采用数码管作为显示模块。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管。通过对其不同管脚输入相对的电流，会使其显示出数字。由于它价

31、格便宜、体积小、亮度高等特点，被广泛应用于各种电子产品。方案二、采用12864液晶作为显示模块。12864液晶除了可以显示数字、英文字母外，还能显示中文、图形等信息，每屏可以显示32个中文字符或64个ASCII码字符。可以说功能非常强大。方案三、采用1602液晶作为显示模块。1602液晶具有可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便等特点，且操作简单，可以显示数字、标点、字母等信息，显示内容比数码管丰富。由于本次设计需要显示温度、湿度等信息，因此不选择成本非常高的12864液晶。如果采用数码管，则需要用动态扫描，占用的资源比较多，而且显示界面不太友好。综上所述，选择1602液晶作为显示模块

32、。LCD1602能够显示32个字符。1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、英文字母、常用的符号、日文等。 LCD1602采用标准的16脚接口，各引脚接口说明如表3-2：表3-2引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602液晶模块的电路图如图3-9所示：图3-9 1602液晶显示模块电路图3.3.3键盘输入由于

33、本次设计添加了设置温湿度警报的功能，所以需要配备键盘。常用的键盘设计方案有以下几种：方案一、采用独立按键组成的键盘。独立按键的特点是一个按键占用一个I/O口，且编程非常简单，比较适合按键少的设计。方案二、采用矩阵键盘。矩阵键盘是将按键排列成矩阵形式，用其中的每一个按键，连接引自单片机I/O口的行线与列线。行线所接的单片机I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了13,14。本次设计只需要四个按键，因此选用独立按键组成的键盘。四个按键KEY1、KEY2、KEY3、KEY4分别对应确认、加1、减1、复位功能。键盘按键电路图如图3-10所示：

34、图3-10 键盘输入电路图3.3.4蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器。主要有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。本次设计采用的是压电式蜂鸣器。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。当蜂鸣器通电后，多谐振荡器起振，输出1.52.5KHz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。蜂鸣器模块的电路图如图3-11所示：图3-11 蜂鸣器电路图4 系统软件设计4.1系统软件总体设计在应用系统中，系统的主要功能将由软件来实现，好的软件设计能够充分发挥微控制器的运算和逻辑控制功能，从而提高仪器的精度和使用的方便性15。根据各部件不同功能的划分，可分为信息发射部分和信息

35、接收部分。系统软件设计的主要目标是将来自传感器的数字信号，经过程序处理后，在LCD1602液晶显示屏上显示，并且通过键盘控制所需要显示的信息。只有将发射部分和接受部分两部分软件相互结合，才能实现气象信息系统的采集显示功能。系统总体软件设计流程图如图4-1所示： 发射部分流程图 接收部分流程图图4-1 系统总体软件设计流程图4.2温湿度采集模块温湿度采集模块DHT11接收到一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，如果DHT11接收到主机发送的开始信号，则DHT11发送响应信号，送出40bit的数据信息，并且采集一次温度和湿度，采集结束后，由高速模式转换到低速模式，如果DHT11没有

36、收到主机发送的开始信号，则不会进行温度和湿度的采集。当温湿度采集模块DHT11为空闲状态时，即总线空闲状态时，总线被拉到低电平，等待DHT11的响应，这时，总线被拉低的时间必须大于18毫秒，才能使DHT11检测到开始信号。DHT11接收到主机发送的开始信号后，等待主机发送信号结束，紧接着发送80us的低电平响应信号。主机在发送信号结束后，等待延时2040us后，读取DHT11的响应信号，等待主机发送开始信号后，可以切换到输入模式或者输出高电平，总线被上拉电阻拉至高电平。若总电平为低电平，DHT11发送响应信号，发送结束后，总线被拉高80us，紧接着发送数据，每发送1bit数据信息都以50us开

37、始，数据位上是0或者1由高电平的长短决定。当数据信息全部传送完毕后，DHT11拉低总线50us，总线由上拉电阻拉高到高电平进入空闲状态。温湿度数据模块流程图如图4-2所示：图4-2 温湿度数据模块流程图4.3无线传输模块无线传输模块在发送数据时，首先将NRF24L01配置为发射模式，接着将发射的数据写入NRF24L01，激活无线发射，然后检测NRF24L01的IRQ引脚，若为低电平，说明数据发送成功，产生发送中断。若为高电平，则发送未成功，继续发送数据。无线传输模块在接收数据时，首先将NRF24L01配置为接收模式，等待数据传输过来，当接收模块检测到信号到来时，就将数据存储到当前信号的载波信号

38、中，接着将RX_DR置高，IRQ则变为低电平，成功获取数据。之后CE就变成低电平，而NRF24L01进入空闲模式。无线传输模块的流程图如图4-3所示： 发射部分无线传输模块流程图 接收部分无线传输模块流程图图4-3 无线传输模块流程图4.4显示模块本次设计使用的是带背光的LCD1602，因此有16个引脚，11个与单片机的I/O相连并通信，其中8个为数据引脚，其余3个为控制引脚。通过改变3个控制引脚的电平，可以对1602液晶进行写命令，读命令，写数据，读数据的操作，从而控制1602液晶。本设计中，只需对1602液晶进行单向操作，所以省略了对1602液晶的读命令和读数据的操作。显示模块的程序流程图

39、如图4-4所示：图4-4 显示模块流程图4.5按键模块本次设计采用按键模块的是四个独立的按键，分别与单片机P0口上的四个引脚相连，当按键没按下时，单片机内部对应的I/O接口由于有上拉电阻，其输入为高电平；当某键被按下后，对应的I/O接口变为低电平。只要在程序中判断I/O接口的状态，就可知道哪个键处于闭合状态，就可确定是哪个按键按下。按键模块的流程图如图4-5所示：图4-5 按键模块流程图5 系统调试5.1 硬件调试焊接设备：元器件、导线、焊锡丝、松香、电烙铁、万用表。主体思想：由于此次设计的电路比较复杂，所以在各元器件未焊接上去前，首先对元器件的型号和规格进行核对，熟悉各元器件的引脚排列。接着

40、进行合理的排版，用导线连接各元器件时，必须仔细看清电路图上是怎样接的，防止接错。焊接时按照先焊元器件，每焊接完一片后，仔细检查有无错误，这样就可以降低出错率，然后焊接电源线和地线，最后将剩余的引脚对应着焊接。焊接结束后，先用万用表检查电路板得正确性，特别是检查电源线路的短路和极性错误。最后接通电源，观察是否成功。硬件测试结果：焊接牢固，管脚相连，与电路图一致，电路检查无异常。5.2 软件调试调试设备：计算机、Keil C编译软件、51单片机开发板、STC-ISP程序烧写软件、电源。主体思想：首先调试程序，排除编程过程中的错误，然后用STC-ISP程序烧写软件将Keil C软件编译产生的hex文

41、件烧写进入单片机内部的程序存储器。复位执行程序查看1602液晶屏初始显示是否正常。将检测模块放到室外检测，然后查看1602显示的数据是否正确。按键输入是否正常，各类气象信息的采集功能是否都可实现，然后将发射部分与接收部分的距离进一步增大，看结果是否改变，若无改变，则表明无线模块没有出错。软件测试结果：软件执行有效，各项功能均可实现。经过最终测试，该设计能够运行，最终实物图如图5-1所示：图5-1基于单片机的气象信息采集系统实物图6 结束语气象信息采集系统的发展，更好的推动了自动气象站的发展，使地面气象观测迈上一个新的台阶，这种发展趋势将不可逆转。随着微型计算机、通信和传感器等技术的发展和推广使

42、用，自动气象站技术将进一步向微功耗、多功能、智能化、高精度、高可靠性方向发展。本论文主要完成了以下工作：l、研究了数据采集系统的工作原理，根据气象数据采集的特点，提出了基于单片机的气象信息采集系统硬件方案和软件方案2、采用STC89C51单片机为数据采集芯片，配合外围器件，设计了一种结构简便，精度较高的信息采集器。3、目前已制成一个信息采集器的实验电路板。并通过电路板的调试。4、利用采集模块，实现了采集、显示气象信息 (温度、湿度）等功能。本系统的气象信息采集系统在完成了硬件和软件的初步设计和调试功能后，结合气象业务部门结合气象业务部门的规定，整个系统的功能在硬件和软件上还需要继续完善，以达到

43、简单的气象信息采集系统的标准。参 考 文 献1胡玉峰.自动气象站原理与测量方法M：北京：气象出版社，2004：1-135.2卫克晶.基于MSC1210气象数据采集系统的研制D.南京：南京信息工程大学，2007.3王颖，刘晓宁.自动站与人工观测气温的对比分析J.应用气象学报，2002，13(6)：741-748.4 Alberto Mantovani.创建宽带数字家庭J.今日电子2001，7：28-29.5张颖超，叶小玲，叶彦斐.现场总线在气象信息服务系统中的应用研究J.微计算机信息，2001,(17)：40-41.6JON K.EISCHEID,C.BRUCE BAKER,THOMAS S.KARL.The Quality Control of Long-Term Climatologically Data Using Objective Data AnalysisJ.Journal of Applied Meteorology.1995(34)：2787-2795.7张毅刚，彭喜元.单片机原理与应用设计M.电子工业出版社，2008：9-10.8任肖丽，王骥.基于STC89C51单片机的电子琴设计J.电子元器件应用.2007,12(7)：27-29.9谭海涛，王贞龄，余品伦等.地面气象观测M.北京：气象出版社，2003：81-84.10宋悦孝.电子测量与仪器M.北