一种基于dsp的小型气象站测量风速和风向的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置，所述装置主要由传感器、信号调理电路、DSP系统和电源模块4部分组成；传感器连接信号调理电路，信号调理电路连接DSP系统，电源模块分别与传感器、信号调理电路、DSP系统连接。本实用新型基于DSP的小型气象站是结合了DSP的工作原理、大气参数的测量方法和小型气象站的自身特点而提出的一种新设计，能够进行大气参数的实时测量，并具有了功耗低、便携性好和抗干扰能力强的特点。
【专利说明】—种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于气象监测【技术领域】，尤其涉及一种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置。
【背景技术】
[0002]用来进行大气参数测量的小型气象站广泛应用于气象服务、大气实验、通信和农业等领域，测量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等。由于大气参数的自身特点，使得小型气象站在便于携带、实时测量、功耗和抗干扰能力等方面的有较高的要求。在数字信号处理器(Digital Signal Processor,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，单片机数据快速处理能力的不足暴露了出来，而DSP因为其自身的硬件结构使得它能够快速进行数据处理，弥补了单片机的不足。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置，旨在解决单片机数据快速处理能力不足的问题。
[0004]一种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置，所述装置主要由传感器、信号调理电路、DSP系统和电源模块4部分组成；
[0005]传感器连接信号调理电路，信号调理电路连接DSP系统，电源模块分别与传感器、信号调理电路、DSP系统连接。
[0006]进一步，所述测量风速的装置包括:红外光源、遮光块、红外探测器、I/V变换电路、脉冲幅值稳定电路；
[0007]红外光源连接遮光块；
[0008]遮光块连接红外探测器；
[0009]红外探测器连接I/V变换电路，实现把风速转换成单位时间脉冲输出个数的任务;
[0010]I/V变换电路连接脉冲幅值稳定电路，把红外探测器输出的微弱电流进行放大；[0011 ] 脉冲幅值稳定电路连接DSP系统。
[0012]进一步，所述测量风速的装置还进一步包括:风标、精密电位器、直流四臂电桥、电压调理电路；风标连接精密电位器；精密电位器连接直流四臂电桥，把风向变化转换成电阻变化；直流四臂电桥连接电压调理电路，把电阻变化转换成电压变化；电压调理电路连接DSP系统。
[0013]进一步，所述测量风速的设计选用了红外光电开关式风速传感器和脉冲幅值稳定调理电路。
[0014]进一步，所述测量风向的装置选用了 Met one公司的020C型电位器式风向传感器。[0015]本实用新型基于DSP的小型气象站是结合了 DSP的工作原理、大气参数的测量方法和小型气象站的自身特点而提出的一种新设计，能够进行大气参数的实时测量，并具有了功耗低、便携性好和抗干扰能力强的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型提供的小型气象站的工作原理框图；
[0017]图2是本实用新型提供的风速测量装置的结构框图；
[0018]图3是本实用新型提供的风向测量装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0020]图1出示了本实用新型提供的基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置。为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0021]一种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置，进行大气参数测量的气象站主要由传感器、信号调理电路、DSP系统和电源模块4部分组成。
[0022]传感器连接信号调理电路；信号调理电路连接DSP系统；电源模块为传感器、信号调理电路、DSP系统提供电力。
[0023]由于所测的大气参数都是非电量，而测量结果是建立在对电信号进行处理得到，所以，在气象站中针对每一个大气参数都采用了相应的传感器进行非电量到电量的转换传感器的输出；因为其工作原理不同而不同，本实用新型根据实际选择的传感器设计了不同的信号调理电路，对传感器的输出有针对性的进行滤波，Ι/v变换，脉冲稳幅和电压放大等不同形式的调理，使得传感器的输出经信号调理电路之后满足DSP芯片上A/D转换器的输入模拟电压的范围或者I/O端口的电平要求。
[0024]DSP系统由DSP芯片、DSP外围复位电路、振荡电路、复位电路和串行通信口组成，DSP系统主要进行模拟量输入通道选择、A/D转换、信号处理、对气象站其他组成部分的控制以及和上位机进行串行通信。
[0025]风速反映了大气的流动程度，具有很大的随机性。小型气象站常用于测量近地面风速，测量范围为I?60m/s,分辨率为0.5m/s,精度为±5%。如图2所示,根据风速测量的特点和要求，本实用新型选用了红外光电开关式风速传感器和脉冲幅值稳定调理电路，来实现把风速转换成单位时间脉冲输出个数的任务。
[0026]测量风速的设计包括以下部分:红外光源、遮光块、红外探测器、I/V变换电路、脉冲幅值稳定电路、DSP系统和电源模块。
[0027]红外光源连接遮光块，遮光块连接红外探测器，红外探测器连接I/V变换电路，I/V变换电路连接脉冲幅值稳定电路，脉冲幅值稳定电路连接DSP系统；电源模块提供电力。
[0028]在距离风轮中心为r的位置刻有一个遮光块，在风带动风轮以中心轴线为中心旋转时，风轮每旋转一周，遮光块经过红外光源和红外探测器所在的水平线上一次。当遮光块经过红外光源和红外探测器所在的水平线时，红外光源发出的光被遮光块阻挡，不能照射在红外探测器上，红外探测器输出一个脉冲电流，风速V与单位时间内电流脉冲个数N呈正比关系。
[0029]信号调理电路把红外探测器输出的微弱电流进行放大后进行I/V变换，然后再对电压脉冲的幅值进行稳幅处理后送入DSP系统，进行数据处理。
[0030]如图3所示，测量风速的设计包括以下部分:风标、精密电位器、直流四臂电桥、电压调理电路、DSP系统和电源模块。
[0031 ] 风标连接精密电位器，精密电位器连接直流四臂电桥，直流四臂电桥连接电压调理电路，电压调理电路连接DSP系统；电源模块提供电力。
[0032]在风向测量中，采用了精密电位器把风向变化转换成电阻变化，电阻与风向满足正比例关系，然后，经过直流四臂电桥再把电阻变化转换成电压变化，由于电压比较小，所以，还需要使用电压调理电路实现模数转换，转换后的结果进入DSP系统。
[0033]本实用新型选用了 Met one公司的020C型电位器式风向传感器，该传感器的测量范围为0°?360°，精度为±2°，分辨率为±0.2°。020C型电位器式风向传感器有一个自重很轻的机翼形风向标，它直接和一个精密电位器相连，对应于O°?360°的风向，输出电压为O?5V，经电压调理电路之后，可直接进入DSP系统进行A/D转换。
[0034]本实用新型根据风速和方向的测量要求和测量方法，结合DSP的工作原理，设计了一个小型气象站的测量风速和方向的部分。实验结果表明:该系统满足要求，可以作为测量风速和方向使用。
[0035]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于DSP的小型气象站测量风速和风向的装置，其特征在于，所述装置主要由传感器、信号调理电路、DSP系统和电源模块4部分组成； 传感器连接信号调理电路，信号调理电路连接DSP系统，电源模块分别与传感器、信号调理电路、DSP系统连接。
2.如权利要求1所述小型气象站测量风速和风向的装置，其特征在于，所述测量风速的装置包括:红外光源、遮光块、红外探测器、I/V变换电路、脉冲幅值稳定电路； 红外光源连接遮光块； 遮光块连接红外探测器； 红外探测器连接I/V变换电路，实现把风速转换成单位时间脉冲输出个数的任务； I/V变换电路连接脉冲幅值稳定 电路，把红外探测器输出的微弱电流进行放大； 脉冲幅值稳定电路连接DSP系统。
3.如权利要求2所述小型气象站测量风速和风向的装置，其特征在于，所述测量风速的装置还进一步包括:风标、精密电位器、直流四臂电桥、电压调理电路；风标连接精密电位器；精密电位器连接直流四臂电桥，把风向变化转换成电阻变化；直流四臂电桥连接电压调理电路，把电阻变化转换成电压变化；电压调理电路连接DSP系统。
4.如权利要求2所述小型气象站测量风速和风向的装置，其特征在于，所述测量风速的设计选用了红外光电开关式风速传感器和脉冲幅值稳定调理电路。
5.如权利要求1所述小型气象站测量风速和风向的装置，其特征在于，所述测量风向的装置选用了 Met one公司的020C型电位器式风向传感器。
【文档编号】G01P5/06GK203385749SQ201320475311
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】江厚龙, 赵虎, 许安定 申请人:中国烟草总公司重庆市公司烟草科学研究所