专利名称：气象数据自动采集播放装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气象数据自动采集播放装置，属于以文字及声音方式向公众报告天气实况的自动化仪器。
目前，在气象实况答讯系统管理121气象服务台中均采用人工观测与分析数据，然后输入微机进行语音合成的方法。主要问题是观测人员工作量大、反映天气变化不及时、精确度受人为影响较大。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，应用微处理机实现非人为干涉下的气象实况数据的自动采集、处理、语音合成与答讯和LED大屏障显示，从而达到降低劳动强度、以文字和语言的方式快速而准确无误地反映天气变化的目的而提供一种气象数据自动采集播放装置。
本实用新型的目的是这样实现的由实况数据自动采集、语音合成播放、字幕显示三部分组成，其中实况数据自动采集由翻斗式遥测雨量计，风向风速传感器、温度、湿度传感器，LED数码显示器构成，语音合成播放由语音卡、80X86微机构成，字幕显示由大屏幕LED显示屏构成，其结构要点是实况数据采集部分的温度传感器的输出端通过电阻、电位器与多路开关相连，湿度传感器的输出端与放大器U5及电位器RP2相连，构成温、湿度接口电路；由三位半积分型A/D芯片U1构成转换电路，集成电路U4是多路开关，U1的20、21、22、23、19、18、17、16、9、14脚依次与微型处理器的1、2、3、4、5、6、7、8、14脚相连，其1脚与U3的3脚相连，3脚与U4的3脚相连，U4的10、11脚与微处理机的15、16脚相连构成多路开关、A/D转换电路；由U6A、电阻R10、电容C6构成降水量接口与翻斗式遥测雨量计相接，其中U6A与二极管VD4、电阻R7、电容C5相连接构成单稳态电路；由集成电路U6B、U7A、U7B、U7C构成风速测量接口与气象部门专用的EL型电接风向风速计相接；由集成电路DU1-6构成静态LED显示接口，其中数码显示器4位LED依次与DU2、DU3、DU4、DU5相连，9只LED与微处理机的P0端相连，用于指示16个方位风向的8只LED环形设置；由三极管VT1、VT2构成具有RS-232特性的串行口电路，与微处理机的RXD、TXD端相连；由集成电路PU3、电瓶构成备用电源，与电源电路的集成电路PU2、PU1、PU4一起构成电源电路。
与现有技术相比，在气象实况数据采集的实际应用中，具有诸多优点1、采集的周期最短可由软件设定为30秒，能迅速地向用户提供天气变化过程，这是以往人工观测无法做到的；2、由于自动而频繁的数据采集和分析处理，输出的气温，最高、最低气温，湿度，风向风速，最大风速，降水量等气象要素更加真实准确；3、采用串行数据输入输出方式在1KM(有线)或5KM(无线)距离内能满足正确收发数据的要求，简化了设备安装过程；4、降水量和风向风速接口一改过去的传统模式，不仅可直接并接在气象观测场中已有的遥测式雨量计和电接风向风速计上，而且具有互换性，大大降低了安装使用成本，而且使风速测量的分辨率由0.3m/s提高到0.1m/s；5、由于以语言的方式通过电话线路和以文字的方式直接向社会公众报告专业观测场气象要素，因而具有实时、快速、准确、服务范围广和实用性强等优点。
附图图面说明
图1是本实用新型结构框图。
图2是本实用新型温、湿度传感器接口电原理图。
图3是本实用新型多路开关、A/D转换及微处理机电原理图。
图4是本实用新型风向、风速、雨量和串行接口电原理图。
图5是本实用新型LED显示器电原理图。
图6是本实用新型电源电路图。
图7是本实用新型显示屏主控制部分电原理图。
以下结合附图及实施例详述本实用新型。本实用新型由实况自动采集、语音合成播放、字幕显示器组成。实况自动采集部分的连接结构是翻斗式遥测雨量计与阻抗变换、滤波及消抖动电路相连，风向风速传感器与整形、缓冲放大、波形转换电路相连，温度、湿度传感器与放大、多路切换及A/D转换电路相连，阻抗变换、滤波及消斗与单片微处理机相连，整形、缓冲放大、波波形转换电路与单片微处理机相连，放大、多路切换及A/D转换电路与单片微处理机相连，单片微处理机与数码显示器、备用电池、RS-232串行口相连。翻斗式遥测雨量计、风向风速传感器、温度、湿度传感器为现有技术。为了与气象观测规范和观测设施接轨，实现框图的电路功能，本实用新型设计了数种传感器及相应的接口电路。1、温度传感器及接口电路如图2。为满足观测场到观测室远距离信号传输的要求，采用电流型集成温度传感器AD590，其输出端与电阻R24、R23、电位器RP1相连，电流型集成温度传感器AD590输出电流由RP1、R23、R24转换为电压。它的设置目的是提高工作的稳定性和降低温漂，多圈精密电位器RP1的作用是精确修正由AD590输入的电压，进而提高工艺性和达到较高的测温精度。2、湿度传感器及接口电路如图2。为了满足要0-10％RH的测量范围，仪器使用高分子薄膜湿敏电容型传感器。U5是低温漂型精密运算放大器0P07，电位器RP2用于调节U5的增益，使之与实际湿度相符。
3、多路开关及A/D转换器接放大器口如图3。为了简化电路，用一只MC14433U1三位半积分型A/D芯片，它的20、21、22、23、19、18、17、16、9、14依次与微处理机的1、2、3、4、5、6、7、8、14相连接，其3脚与U4的3脚相连。A/D芯片转换经多路开关U4CD4051切换后的为温、湿度信号和电瓶电压信号。U4的10、11脚与微处理机15、16脚相连，其13脚为0通道，14脚为1通道，15脚为2通道。U3MC1403的作用是为U1提供良好的电压基准。以确保所需的精度和分辨率。微处理机U2采用AT89C51型。它具有32条I/0线，128字节RAM和解4K字节闪变ROM，可处理5个中断源，从而简化了仪器的结构。在设计中，外部中断0用于计量风速，外部中断1用于计量降水，定时器0用作实时钟。定时器1和串行口用于通讯。因为温、湿度变化缓慢，以30秒间隔抽样采集，而风速、风向和降水量则采用中断方式且具有最高的中断级别，以防止任何数据的漏采。为使该部分能独立作为气象观测仪器及与微机、显示屏联合应用时减少串行传输的时间，微处理机对气象数据进行了平均计算、极限参数比较等处理，结果的显示模式可由面板控制按钮S1、S2选择。微处理机的17脚接有三极管VT3，VT3的发射级与扬声器SP相连，23-28脚为P2断，32--39脚为P0端。
4、翻斗式遥测雨量计接口如图4。由U6A、等构成降水量接口与现有的翻斗式遥测雨量计相连接。其中电阻R10、电容C6为消除外界感应杂波的干扰而设置。与U6A的3脚相连接。由U6A、二极管VD4、电阻R7、电容C5接成单稳态电路，用于消除翻斗式遥测雨量计中干簧管通断时的抖动，使计数准确无误。测量精度取决于翻斗式遥测雨量计，它的2脚接微处理机的INT1。
5、EL型电接风向风速计接口如图4。由U6B、U7A、U7B、U7C等构成风速测量接口与气象领域广为应用的EL型电接风向风速计相接。当前使用的风速测量方法是根据风速计10分钟内产生的脉冲数测定平均风速、根据风速计中同步发电机产生的电流用模拟电流表间接显示阵风风速，缺点是平均风速的分辨率只有0.3m/s，而且风速计与观测仪表须配对使用，无互换性。本仪器的感应接口则不同，它是通过微处理机将同步发电机正弦波周期的变化直接转换为风速，分辨率高达0.1m/s。其中U7A与电阻R12、电容C11相连，R12、C11构成简单有效的整形限幅电路。它顶作用是，(1)、可滤出一些旧风速计因轴承老化造成的干扰杂波；(2)、可使不同风速下的波幅趋于一致；(3)、与起缓冲作用的跟随器U7A一起提高接口的输入阻抗，便于与观测场中风速计并接而不影响原有观测效果。U7B的负端与电阻R14、电容C10相连与U7A相连，其作用是对正弦波放大。U7C是比较器与U7B相连其输出端与U6B相连。U6B是单稳态电路，作用是进一步滤除干扰和消抖，它的确12脚与微处理机U2的INTO端相连。风向方位信号直接进入微处理机P0口，软件处理过程是通过分析一定时间内的最多风向数来判定最终风向，免除了人工观测粗糙、主观、不准确的缺点。
6、串行接口如图4。由三极管VT1、VT2二极管VD1、VD2等构成具有RS-232特性的串行口电路。其中VD1的集电极与电阻R1相连与微处理机的RXD端相连，基极与VD2、VD1电阻R2、R3电容C14相连，与VT2的集电极相连，VT2的基极与电阻R4、R5相连，与VT1的发射极相联构成电回路，与微处理机的TXD端相连。这一接口的设置目的一是为了气象数据采集部分与微机的连接，二是将连接复杂的传感器输入线局限在气象数据采集部分，从而易于用简单的设备或导线实现采集部分与语音合成部分、大屏幕显示屏的远距离传输。
7、显示接口如图5。由DU1-6等构成静态LED显示接口。DU1-6为串行输入并行输出移位寄存器74HC164，4位LED与DU2、DU3、DU4、DU5连接，LED位数码显示器用之于显示数据。9只LED中的7只与DU6相连接，两只与三极管8050相连接，其基极与微处理机的P0端相连。它们由微机的软件控制轮回点亮，分别代表“当前时间”、“当前温度”、“当前湿度”、“当前风速”、“降水量”、“最高温度”、“最低温度”、“最大风速”及其发生时间；另外用于指示16个方位风向的8只LED排成环形，8只LED的W与DU1的确0脚相连，NW与LED的11脚相连，SW与DU1的6脚相联连，N与DU1的12脚相连，S与DU1的5脚相连，SE与DU1的4脚相连，NE与DU1的13脚相连，E与DU1的3脚相连。
8、电源电路如图6。为降低电源干扰，+5V主电源由模拟稳压集成电路PU2提供，正电源经集成电路PU4、电容PC5、二极管PVD1、PVD3等开关反相和PU1模拟稳压后，获得-5V辅助电源。本装置设置了备用电源和智能化备用电源接口。其中备用电源电路由集成电路PU3、电瓶BAT组成，U3与微处理机的P2端相连，电瓶与微处理机的4051相连。在软件设计中，微处理机定时经4051、MC14433对电瓶电压进行检测，当其超过13.5-13.8V时，由PU3切断充电回路，市电切断后转由电瓶经二极管PVD2供电，当电瓶电压低于10.5V时，表示已开始过放电，微处理机启动蜂鸣器报警。本接口结构简单、功能完备，与使用UPS相比，可大大提高电瓶的工作效率和使用寿命，同时明显降低了安装与使用成本。
本实用新型的第二部分是语音合成与答询部分。本部分采用成品语音卡和80X86微机，其软件的工作流程如下微机以一定时间间隔(例如可由软件设定为1分钟至数小时)经串口向自动采集部分发送微机当前的系统时间，使两者与时钟一致；随后接收自动采集部分传来的当前气温、前24小时最高和最低气温及发生时间、当前湿度、当前风向风速、前24小时最大风速及发生时间、前24小时降水量等各项气象要素；CPU根据气象观测和报告规范将其与硬盘内置的语音库合成为语音数据，例如，风向“北东北”报告为偏北风，风速被转换为“X级”的方式，温、湿度均取整数，自动采集部分以20点作为气象观测日界，而语音合成以0点为日界；合成后的气象实况语音数据被送至语音卡，当有电话拨通时，语音数据经D/A转换形成信号并送至语音卡的电话线路接口，将此段语音拨送出去，从而完成气象实况的自动答讯过程。为便于气象工作者会商天气，前24小时各项气象要素还可以曲线图形方式在微机显示器列出。
本实用新型的第三部分是LED显示屏。它接收自动采集部分传来的各气象要素，在显示屏内由微处理机转换成文字格式，以滚动的方式显示，适用于会议室、调度室及其它公共场所。其主控电路如图7。其中U1是单片微机80C31，程序及字库放在27C64/27C256U2中，6116/6264/62256U3用作显示缓冲。8031通过VT1、VT2等接收气象实况数据，与字库数据合成为汉字点阵并送入显示缓冲区。由集成电路U10向显示屏输出列信号，集成电路U9输出行信号，集成电路U6、U7输出地址选片信号，其刷新频率达到每秒钟50屏以上，保证了字幕无闪烁感。
权利要求1.一种气象数据自动采集播放装置，由实况数据自动采集、语音合成播放、字幕显示三部分组成，其中实况数据自动采集由翻斗式遥测雨量计，风向风速传感器、温度、湿度传感器，LED数码显示器构成，语音合成播放由语音卡、80X86微机构成，字幕显示由大屏幕LED显示屏构成，其特征在于a、实况数据采集部分的温度传感器的输出端通过电阻、电位器与多路开关相连，湿度传感器的输出端与放大器U5及电位器RP2相连，构成温、湿度接口电路；b、由三位半积分型A/D芯片U1构成转换电路，集成电路U4是多路开关电路，其中之一U1的20、21、22、23、19、18、17、16、9、14脚依次与微型处理器的确1、2、3、4、5、6、7、8、14脚相连，其1脚与U3的3脚相连，3脚与U4的3脚相连，U4的10、11脚与微处理机的15、16脚相连构成多路开关、A/D转换电路；c、由U6A、电阻R10、电容C6构成降水量接口与翻斗式遥测雨量计相接，其中U6A与二极管VD4、电阻R7、电容C5相连接构成单稳态电路；d、由集成电路U6B、U7A、U7B、U7C构成风速测量接口与气象部门专用的EL型电接风向风速计相接；e、由集成电路DU1-6构成静态LED显示接口，其中数码显示器4位LED依次与DU2、DU3、DU4、DU5相连，9只LED与微处理机的P0端相连，用于指示16个方位风向的8只LED环形设置；f、由三极管VT1、VT2构成具有RS-232特性的串行口电路，与微处理机的RXD、TXD端相连；g、由集成电路PU3、电瓶构成备用电源，与集成电路PU2、PU1、PU4一起构成电源电路。
2.根据权利要求1所述的气象数据自动采集播放装置，其特征在于，所述的微处理机采用AT89C51型单片机。
3.根据权利要求1所述的气象数据自动采集播放装置，其特征在于，温度传感器为电流型集成温度传感器，湿度传感器U5是低温漂型精密运算放大器0P07。
4.根据权利要求1所述的气象数据自动采集播放装置，其特征在于，风速测量接口的U7A是跟随器与正弦波放大器U7B相连，U7B与比较器U7C相连，U7C与单稳态电路U6B相连。
5.根据权利要求1所述的气象数据自动采集播放装置，其特征在于，串行接口电路的三极管VT1的集电极与微处理机的RXD端相连，VT2的基极与微处理机的TXD端相连。
专利摘要本实用新型涉及一种气象数据自动采集播放装置,由实况数据自动采集、语音合成播放、字幕显示三部分组成。温度传感器的输出端及湿度传感器的输出端与多路开关相连,构成温、湿度接口电路;由三位半积分型A/D芯片U
文档编号G01W1/00GK2339997SQ9824164
公开日1999年9月22日 申请日期1998年10月21日 优先权日1998年10月21日
发明者李亚平, 宫全胜, 赵开仲, 赵井旺, 许红权 申请人:唐山市气象科技开发研究所