专利名称：Gps多功能湍流探空仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种探空仪，尤其是GPS多功能湍流探空仪。
技术背景随着光电技术的迅速发展，光学湍流的重要性越来越得到人 们的重视。在激光传输的过程中，湍流效应引起光東的漂移和扩展；在图象 应用中，湍流效应引起图象的抖动和变形；湍流还会降低天文望远镜的分辨 率。为定量研究激光通过湍流大气时的各种现象，以解决和这些现象有关的 各种光学工程问题，必须深入研究光路的光学湍流结构，研究其变化规律和 统计特征。获取的湍流资料，可为自适应光学、高分辨率天体观察、激光大 气传输等领域服务。由此，人们为了解整层大气湍流，即从地面到高空的整 层大气温度起伏的特征，常使用探空仪测量大气湍流，如在本申请人的于 2003年6月18日公告的中国实用新型专利说明书CN 2556655Y中曾描述过的一种"大气湍流探空仪"。它意欲提供一种精度高、工作稳定、重量轻的测 量大气中湍流、温度和气压的仪器。它由依次串接且均与电源电连接的传感 部件、信号变换部件和发射机构成，其中的传感部件由湍流传感器、温度传 感器AD590和气压传感器KY-O. lMPa组成。探空时，由气球将其带入大气中，信号变换部件将传感部件输出的电信号变换成由两种频率信号构成的数据串 送往发射机发送至地面。但是，这种探空仪存在着不足之处，首先，功能单 一，虽能测量大气中的湍流、温度和气压，却不能同时给出是于何地测得的， 更谈不上精确地给出测量时的坐标点；其次，智能化程度不高，不能实时地 对测量到的各种信号及时的进行处理和分析，尤为不能实时地获得大气中的 风速、风向，而这一点对于湍流的成因和发展趋势的分析是至关重要的；再次，回收不易，气球携带的探空仪在大气中是随风飘动的，因无探空仪的坐 标信息，故其飘落至何处是不得而知的。实用新型内容本实用新型要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种实用性强、智能化程度高，使用方便的GPS多功能湍流探空 GPS多功能湍流探空仪包^依次串接的传感部件、信号变换部件和发射
部件，以及与上述各部件电连接的电源，其中，传感部件含有温度脉动传感器、大气压力传感器和大气温度传感器，发射部件含有发射机，特别是(a) 所说传感部件还含有GPS传感器，用于将待测点的坐标量变换成电信号；(b) 所说信号变换部件含有模数转换器MAX197和单片机AT89C2051，用于将传感 部件输出的电信号变换成数字信号和对其进行运算、分析和编码；(c)所说 发射部件还含有电平转换器，用于将信号变换部件处理后的频率信号转换成发射机所需的电平。作为GPS多功能湍流探空仪的进一步改进，所述的GPS传感器为Trimble 公司的微型GPS接收机；所述的信号变换部件的模数转换器MAX197的脚0、a和^分别接温度脉动传感器、大气压力传感器和大气温度传感器，用于接 收上述传感器送来的模拟信号，单片机AT89C2051的脚O接GPS传感器，用 于直接获得卫星定位的数字信号，单片机AT89C2051的控制端口脚⑧、 、⑦ 和G与模数转换器MAX197的控制端口①、④、⑤和Q脚连接，用于控制模数 转换器MAX197分时接收各传感器的信号，模数转换器MAX197的数地总线端 口 ~ G脚接单片机AT89C2051的数地总线端口脚G ~ G，用于将转换的数 字信号输出至单片机AT89C2051，单片机AT89C2051的输出端口脚⑨接发射 部件的输入端，用于输出处理后的频率信号；所述的电平转换器为电压放大 器；所述的单片机AT89C2051的脚④、 和G间接有片外时钟振荡器，用于 调整单片机AT89C2051的工作频率。相对于现有技术的有益效果是，其一，于传感部件中新增的GPS传感器, 通过其将探空仪当时所处的精确坐标信息送往信号变换部件，既扩展了探空 仪的功能，使其能有机地结合测得的湍流、气压和温度而精确地得出测量时 探空仪所处地球的确切位置处高度上大气的湍流、气压和温度值，又提升了 探空仪的实用性，实时地一步到位地全面提供湍流、气压和温度的所有信息， 不需事后或另行再结合探空仪放空区域对测得的湍流、气压和温度的信息进 行整合，还提高了探空仪的测量精度，避免了事后或另行再对测量信息整合 时的误差累积；其二，使用模数转换器MAX197和单片机AT89。051作为信号 变换部件，极大地提高了探空仪的智能化程度，利用单片机AT89C2051中驻 有成熟的i集和处理程序，使探空仪具有了智能化，它不仅能对测得的湍流、
气压和温度的信息分别进行求其方差、均值的运算处理，以提高测量的精确度，还能根据GPS的信息实时地自行计算出探空仪所处位置处的风向和风速， 即由两次GPS的信息得出探空仪移动的距离、方位，并据此箅出风向和风速, 且同时还能将所处理得到的数字信号编码成频率信号送发射机发射，省却了 调制器模块，简化了整机的结构，降低了造价，却使地面即刻就能获知所需 的信息；其三，使用方便，探空仪只要一升空，无论飘到哪里，放飞者均知 其位于何处。作为有益效果的进一步体现， 一是选用Trimble公司的微型GPS接收机 作为GPS传感器，充分地发挥其适宜于各类嵌入式移动设备、手持设备使用 的特点，将其与单片机AT89C2051连接，既实时地获得了坐标的信息，又满 足了探空仪体积小、功耗低的客观需要，还有着工作稳定、制作成本低的特 点；二是以模数转换器MAX197和单片机AT89C2051为主构成的信号变换部件， 使其具备了功能强、易编程、耗电低、工作稳定、兼容性好等特点；三是电 平转换器采用电压放大器8050，使得单片机AT89C2051输出的0~5v的TTL 信号能与发射机所需的土12v输入信号相匹配，易于发射机不失真地发射信 号；四是单片机AT89C2051的脚4、 6和tfi间接有的片外时钟振荡器，使信 号变换部件的工作调整变得简单易行。
以下结合附图对本实用新型的优选方式作进一步详细的描述。图1是本实用新型的一种基本电路原理示意图。
具体实施方式
参见图1， GPS多功能湍流探空仪包括一个由温度脉动传 感器ll、大气压力传感器12、大气温度传感器13和GPS传感器14组成的传 感部件1，用于将待测点的物理量和坐标量变换成电信号； 一个含有模数转 换器MAXl97和单片机AT89C2051的信号变换部件2,用于将传感部件1输出 的电信号变换成数字信号和对其进行运算、分析和编码； 一个含有电平转换 器和发射机31的发射部件3,用于将信号变换部件2处理后的频率信号转换 成发射机31所需的电平并发射出去； 一个电源4。该电源4分别与传感部件 1、信号变换部件2和发射部件3电连接。其中，模数转换器MAX197的脚tS、 M和21分别接温度脉动传感器11、大气压力传感器12和大气温度传感器13， 用于接收上述三个传感器送来的温度脉动、气压和温度的模拟电信号。单片机AT89C2051的脚(2)接GPS传感器14,用于直接获得卫星定位的数字信号； 其中，GPS侍感器H逸用Trimble公司的微型GPS接收机。单片机ATMaOSI的控制端口脚怂、必、⑦和a与模数转换器MAX197的控制端口d、沙、。和 ^脚连接，用于控制模数转换器MAX197分时段地接收温度脉动传感器11或 大气压力传感器12或大气温度传感器13或GPS传感器14的信号。模数转换 器MAX197的数地总线端口 (2> GJ脚接单片机AT89C2051的数地总线端口脚 t9 t2，用于将已转换成数字形式的温度脉动或气压或温度或坐标的信号输 出至单片机AT89C2051。单片机AT89C2051的输出端口脚②经作为电平转换 器的电压放大器8050后接发射机31，用于输出处理后的频率信号。单片机 AT89C2051的脚4、 6和O)间接有片外时钟振荡器，用于调整其工作频率。使用时，对本实用新型通电后，在单片机AT89C2051的统一指挥下，模数 转换器MAX197分时段地接收温度脉动传感器11、大气压力传感器12和大气 温度传感器13的模拟量信号，并将其转换成数字量后送往单片机AT89C2051， 单片机AT89C2051自行接收GPS传感器14的数字量信号；单片机AT89C2051 在分别将上述的数据处理成温度脉动的方差值、气压和温度的均值，以及风 向、风速值后，编码成频率信号，通过发射部件3发送至地面的接收站。从 而获得温度脉动、气压廓线和温度廓线图。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型的GPS多功能湍流探空仪进 行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新 型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则 本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1、一种GPS多功能湍流探空仪，包括依次串接的传感部件(1)、信号变换部件(2)和发射部件(3)，以及与上述各部件电连接的电源(4)，其中，传感部件(1)含有温度脉动传感器(11)、大气压力传感器(12)和大气温度传感器(13)，发射部件(3)含有发射机(31)，其特征在于(a)所说传感部件(1)还含有GPS传感器(14)，用于将待测点的坐标量变换成电信号；(b)所说信号变换部件(2)含有模数转换器MAX197和单片机AT89C2051，用于将传感部件(1)输出的电信号变换成数字信号和对其进行运算、分析和编码；(c)所说发射部件(3)还含有电平转换器，用于将信号变换部件(2)处理后的频率信号转换成发射机(31)所需的电平。
2、 根据权利要求1所述的GPS多功能湍流探空仪，其特征是GPS传感器 (14 )为Trimble公司的微型GPS接收机。
3、 根据权利要求1所述的GPS多功能湍流探空仪，其特征是信号变换部 件(2)的模数转换器MAX197的脚0、 a和0分别接温度脉动传感器(11)、 大气压力传感器(12 )和大气温度传感器(13 )，用于接收上述传感器送来的 模拟信号；单片机AT89C2051的脚⑦接GPS传感器(14 ),用于直接获得卫星 定位的数字信号；单片机AT89C2051的控制端口脚 、 、⑦和0与模数转 换器MAX197的控制端口③、④、 和0脚连接，用于控制模数转换器MAX197 分时接收各传感器的信号；模数转换器MAX197的数地总线端口⑦~ Q脚接单 片机AT89C2051的数地总线端口脚G ~ G，用于将转换的数字信号输出至单 片机AT89C2051;单片机AT89C2051的输出端口脚⑨接发射部件(3)的输入 端，用于输出处理后的频率信号。
4、 根据权利要求3所述的GPS多功能湍流探.空仪，其特征是电平转换器 为电压放大器8050。
5、 根据权利要求1所述的GPS多功能湍流探空仪，其特征是单片机 AT89C2 051的脚@、 和 间接有片外时钟振荡器，用于调整单片机 AT89C2051的工作频率。
专利摘要本实用新型公开了一种GPS多功能湍流探空仪。它包括依次串接的含温度脉动传感器(11)、大气压力传感器(12)和大气温度传感器(13)的传感部件(1)、信号变换部件(2)、含发射机(31)的发射部件(3)和与上述部件电连接的电源(4)，特别是(a)传感部件(1)还含有GPS传感器(14)，用于将待测点坐标量变换成电信号；(b)信号变换部件(2)含模数转换器MAX197和单片机AT89C2051，用于将传感部件(1)输出的电信号变换成数字信号和对其进行运算、分析和编码；(c)发射部件(3)还含有电平转换器，用于将信号变换部件(2)处理后的频率信号转换成发射机(31)所需的电平。它能精确地定位测量大气湍流、气压和温度，以及测量点处的风向、风速。
文档编号G01S5/02GK201017041SQ20062012574
公开日2008年2月6日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者余申伟, 刚 孙, 翁宁泉, 肖黎明 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所