一种气压温湿度实时测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种气压温湿度实时测量装置，该装置包括：供电电路，用于给气压采样电路、温湿度采样电路、实时时钟电路、单片机控制和时钟设置电路、U盘存储电路提供工作电压；气压采样电路，用于测量气压数据；温湿度采样电路，用于测量温湿度数据；实时时钟电路，用于提供实时时钟数据；单片机控制和时钟设置电路，用于控制气压采样电路、温湿度采样电路进行气压、温湿度测量、实时时钟电路并记录实时时钟数据，实时采集气压数据、温湿度数据，将所述气压数据、温湿度数据以及与所述气压数据、温湿度数据对应的实时时钟数据发送至U盘存储电路；U盘存储电路，用于将匹配有对应的实时时钟数据的气压数据、温湿度数据存储至外部U盘。
【专利说明】
一种气压温湿度实时测量装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及航空勘探领域，尤指一种气压温湿度实时测量装置。
【背景技术】
[0002]在航空地球物理勘探中，当要求测量精度更高时，不仅需要测量地球物理勘探必须的磁场、重力、电法等参数，也需要对地球物理勘探测量系统所处的环境参数进行同步测量，包括环境温度、湿度、气压，以便对地球物理勘探测量进行校正，提高地球物理勘探测量精度。
[0003]目前对气压温湿度的测量方法，一般是串行采样，即采样到气压信号后，再采样温湿度信号，然后由单片机进行数据处理，包括各种改正等，最后显示出气压、温度和湿度。
[0004]气压传感器和温湿度传感器一般为数字信号输出，在单片机发出测量气压和温湿度的命令后，内部将模拟量转换为数字量输出。由于A/D模数转换需要时间，并且转换精度越高，转换位数越多，转换时间越长。如果采用现有的串行采样技术进行气压、温度和湿度测量，那么得到的数据将失去实时性;又因为一般气压温湿度仪器内部没有时钟和数据存储，无法与其他测量同步，无法进行后续数据处理。
【实用新型内容】
[0005]由于在航空地球物理勘探测量系统中各仪器一般选用GPS时钟做同步信号，所以环境参数的测量仪器也需要内置时钟，以便与其他地球物理勘探测量同步，为此实用新型了一种气压温湿度实时测量装置。
[0006]由于单片机系统是基于单任务顺序执行的机制，程序只能按单一的线索顺序执行，在要求多任务实时性测量的场合，必须对单片机的机制进行改进。借助于定时器中断机制，将单片机的运行时间划分为许多小的时间片，将每个任务划分为若干个小任务，每个小任务在自己的时间片内执行，从而造成微观上各程序分时使用单片机，宏观上并发运行的多任务实时测量的效果，同时内置实时时钟，通过设置时钟与GPS的时钟一致，达到同步测量目的;增加文本文件的存储电路，实现数据的连续存储。
[0007]为达到上述目的，本实用新型提出了一种气压温湿度实时测量装置，该装置包括:供电电路(I)、气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、单片机控制和时钟设置电路(5)、U盘存储电路(6);供电电路(I)与气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、单片机控制和时钟设置电路(5)、U盘存储电路(6)连接，单片机控制和时钟设置电路(5)与气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、U盘存储电路
(6)连接;其中，供电电路(I)，用于给气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路
(4)、单片机控制和时钟设置电路(5)、U盘存储电路(6)提供工作电压;气压采样电路(2)，用于测量气压数据，发送至单片机控制和时钟设置电路(5);温湿度采样电路(3)，用于测量温湿度数据，发送至单片机控制和时钟设置电路(5);实时时钟电路(4)，用于提供实时时钟数据，发送至单片机控制和时钟设置电路(5);单片机控制和时钟设置电路(5)，用于控制气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)进行气压、温湿度测量并记录实时时钟数据，实时采集气压数据、温湿度数据，将所述气压数据、温湿度数据以及与所述气压数据、温湿度数据对应的实时时钟数据发送至U盘存储电路(6) ;U盘存储电路(6)，用于将匹配有对应的实时时钟数据的气压数据、温湿度数据存储至外部U盘。
[0008]进一步的，供电电路(I)包括:电池组、第一电压调节器、第二电压调节器、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容;其中，电池组的正极连接第一滤波电容的一端、第一电压调节器的IN管脚、/OFF管脚，电池组的负极连接地、第一滤波电容的另一端、第二滤波电容的一端、第三滤波电容的一端，第一电压调节器的GND管脚、SET管脚接地，第一电压调节器的OUT管脚连接第二滤波电容的另一端、第二电压调节器的Vin管脚，第二电压调节器的V-管脚连接第三滤波电容的另一端，第二电压调节器的GND管脚接地。
[0009]进一步的，气压采样电路(2)包括:第一晶振、气压传感器、第四滤波电容、第五滤波电容、第一上拉电阻、第二上拉电阻;其中，第一晶振的V1管脚连接VCC管脚、第四滤波电容的一端、供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚，第一晶振的GND管脚接地，第一晶振的OUT管脚连接气压传感器的MCLK管脚，第四滤波电容的另一端接地，气压传感器的GND管脚接地，气压传感器的SCLK管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P3.7管脚，气压传感器的VDD管脚连接第五滤波电容的一端、供电电路(I)中第二电压调节器的V-管脚，第五滤波电容的另一端接地，气压传感器的DOUT管脚连接单片机控制和时钟设置电路
(5)中单片机的P2.1管脚、第一上拉电阻的一端，气压传感器的DIN管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.0管脚、第二上拉电阻的一端，第一上拉电阻的另一端连接第二上拉电阻的另一端、供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚。
[0010]进一步的，温湿度采样电路(3)包括:温湿度传感器、第六滤波电容、第三上拉电阻；其中，温湿度传感器的GND管脚接地，温湿度传感器的DATA管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P3.6管脚、第三上拉电阻的一端，第三上拉电阻的另一端连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚，温湿度传感器的SCK管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P3.5管脚，温湿度传感器的VDD管脚连接第六滤波电容的一端、供电电路(I)中第二电压调节器的V-管脚，第六滤波电容的另一端接地。
[0011 ]进一步的，实时时钟电路(4)包括:时钟芯片、第七滤波电容、第一频率补偿电容、第二晶振、备份电池、第三上拉电阻、第四上拉电阻、第五上拉电阻；其中，时钟芯片的VCC2管脚连接供电电路(I)中第一电压调节器的OUT管脚、第七滤波电容的一端，第七滤波电容的另一端接地，时钟芯片的Xl管脚连接第二晶振的一端、时钟芯片的X2管脚连接第二晶振的另一端、第一频率补偿电容的一端，第一频率补偿电容的另一端接地，时钟芯片的GND管脚接地，时钟芯片的VCCl管脚连接备份电池的正极，备份电池的负极接地，时钟芯片的SCLK管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.4管脚、第三上拉电阻的一端，时钟芯片的1管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.2管脚、第四上拉电阻的一端，时钟芯片的/RST管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.3管脚、第五上拉电阻的一端，第三上拉电阻的另一端连接供电电路(I)中第一电压调节器的OUT管脚、第四上拉电阻的另一端、第五上拉电阻的另一端。
[0012]进一步的，单片机控制和时钟设置电路(5)包括:单片机、第八滤波电容、第九滤波电容、第十滤波电容、第二频率补偿电容、第三频率补偿电容、第三晶振、第六上拉电阻、第七上拉电阻、第八上拉电阻、第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关;其中，单片机的XTALl管脚连接第二频率补偿电容的一端、第三晶振的一端，第二频率补偿电容的另一端连接地、第三频率补偿电容的一端，单片机的XTAL2管脚连接第三晶振的另一端、第三频率补偿电容的一端;单片机的MONEN管脚连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vcmt管脚、单片机的第一 VDD管脚、第八滤波电容的一端，单片机的第一 DGND管脚连接地、第八滤波电容的另一端;单片机的第二VDD管脚连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vcmt管脚、第九滤波电容的一端，单片机的第二 DGND管脚连接地、第九滤波电容的另一端；单片机的第三VDD管脚连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚、第十滤波电容的一端，单片机的第三DGND管脚连接地、第十滤波电容的另一端;单片机的Pl.3管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D3管脚，单片机的Pl.4管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D4管脚，单片机的Pl.5管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D5管脚，单片机的Pl.6管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D6管脚，单片机的Pl.7管脚连接U盘存储电路
(6)中文件管理控制芯片的D7管脚;单片机的P3.1管脚连接第六上拉电阻的一端、第一按键开关的一端，单片机的P3.2管脚连接第七上拉电阻的一端、第二按键开关的一端，单片机的P3.3管脚连接第八上拉电阻的一端、第三按键开关的一端，第六上拉电阻的另一端连接第二电压调节器的Vciut管脚、第七上拉电阻的另一端、第八上拉电阻的另一端，第一按键开关的另一端、第二按键开关的另一端、第三按键开关的另一端分别接地。
[0013]进一步的，U盘存储电路(6)包括:文件管理控制芯片、U盘插座、第一下拉电阻、第二下拉电阻、第三下拉电阻、限流电阻、第十一滤波电容、第十二滤波电容、第十三滤波电容、上电复位电容、第四频率补偿电容、第四晶振;其中，文件管理控制芯片的V3管脚连接第二电压调节器的Vciut管脚、第十一滤波电容的一端，第十一滤波电容的另一端连接地、文件管理控制芯片的GND管脚、第四频率补偿电容的一端，文件管理控制芯片的XI管脚连接第四晶振的一端，第四晶振的另一端连接文件管理控制芯片的XO管脚、第四频率补偿电容的另一端;文件管理控制芯片的VCC管脚连接第二电压调节器的Vciut管脚、文件管理控制芯片的PCS#管脚、第十二滤波电容的一端，第十二滤波电容的另一端接地;文件管理控制芯片的RSTI管脚连接上电复位电容的一端，上电复位电容的另一端连接第二电压调节器的Vcmt管脚、第一下拉电阻的一端、第二下拉电阻的一端、第三下拉电阻的一端，第一下拉电阻的另一端连接文件管理控制芯片的TXD管脚，第二下拉电阻的另一端连接文件管理控制芯片的RXD管脚，第三下拉电阻的另一端连接文件管理控制芯片的AO管脚;U盘插座的第一引脚连接限流电阻的一端、第十三滤波电容的一端，限流电阻的另一端连接第一电压调节器的OUT管脚，第十三滤波电容的另一端接地，U盘插座的第二引脚连接文件管理控制芯片的UD-管脚，U盘插座的第三引脚连接文件管理控制芯片的UD+管脚，U盘插座的第四、五、六引脚接地。
[0014]本实用新型的气压温湿度实时测量装置，可以保证气压、温度、湿度和读取时钟的实时测量。另外，本实用新型可以利用按键进行时钟设置，确保与其他测量仪器的GPS中的时间一致，实现同步测量。本实用新型还使用文件管理控制芯片CH376，可以将气压温湿度及时钟数据以文本格式存储至外部U盘上。
【附图说明】
[0015]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中:
[0016]图1为本实用新型一实施例的气压温湿度实时测量装置的结构示意图。
[0017]图2为本实用新型一实施例的供电电路的结构示意图。
[0018]图3为本实用新型一实施例的气压采样电路的结构示意图。
[0019]图4为本实用新型一实施例的温湿度采样电路的结构示意图。
[0020]图5为本实用新型一实施例的实时时钟电路的结构示意图。
[0021 ]图6为本实用新型一实施例的单片机控制和时钟设置电路的结构示意图。
[0022]图7为本实用新型一实施例的U盘存储电路的结构示意图。
[0023]图8为本实用新型一具体实施例的气压传感器MS5540C内部的校准数据示意图。
[0024]图9为本实用新型一具体实施例的单独气压测量的流程示意图。
[0025]图10为本实用新型一具体实施例的单独温湿度测量的流程示意图。
[0026]图11为本实用新型一具体实施例的实时时钟读取的流程示意图。
[0027]图12为本实用新型一具体实施例在定时器中断服务程序中，实时测量气压、温度、湿度及时钟读取的顺序和间隔的流程示意图。
[0028]图13为本实用新型一具体实施例的定时器中断服务的流程示意图。
[0029]图14为本实用新型一具体实施例的数据存储到外部U盘的流程示意图。
[0030]图15为本实用新型一具体实施例的时钟设置的流程示意图。
[0031 ]图16为本实用新型一具体实施例的主程序的流程示意图。
【具体实施方式】
[0032]以下配合图示及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。
[0033]图1为本实用新型一实施例的气压温湿度实时测量装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括:供电电路1、气压采样电路2、温湿度采样电路3、实时时钟电路4、单片机控制和时钟设置电路5、U盘存储电路6 ；
[0034]供电电路I与气压采样电路2、温湿度采样电路3、实时时钟电路4、单片机控制和时钟设置电路5、U盘存储电路6连接，单片机控制和时钟设置电路5与气压采样电路2、温湿度采样电路3、实时时钟电路4、U盘存储电路6连接;其中，
[0035]供电电路I，用于给气压采样电路2、温湿度采样电路3、实时时钟电路4、单片机控制和时钟设置电路5、U盘存储电路6提供工作电压；
[0036]气压采样电路2，用于测量气压数据，发送至单片机控制和时钟设置电路5;
[0037]温湿度采样电路3，用于测量温湿度数据，发送至单片机控制和时钟设置电路5;
[0038]实时时钟电路4，用于提供实时时钟数据，发送至单片机控制和时钟设置电路5;
[0039]单片机控制和时钟设置电路5，用于控制气压采样电路2、温湿度采样电路3、实时时钟电路4进行气压、温湿度测量并记录实时时钟数据，实时采集气压数据、温湿度数据，将所述气压数据、温湿度数据以及与所述气压数据、温湿度数据对应的实时时钟数据发送至U盘存储电路6;
[0040]U盘存储电路6，用于将匹配有对应的实时时钟数据的气压数据、温湿度数据存储至外部U盘。
[0041]具体的，图2为本实用新型一实施例的供电电路的结构示意图。如图2所示，供电电路I包括:电池组BT2、电压调节器U2、电压调节器U3、滤波电容Cl3、滤波电容C3、滤波电容C5;其中，
[0042]电池组BT2的正极连接滤波电容C13的一端、电压调节器U2的IN管脚、/OFF管脚，电池组BT2的负极连接地、滤波电容C13的另一端、滤波电容C3的一端、滤波电容C5的一端，电压调节器U2的GND管脚、SET管脚接地，电压调节器U2的OUT管脚连接滤波电容C3的另一端、电压调节器U3的Vin管脚，电压调节器U3的Vciut管脚连接滤波电容C5的另一端，电压调节器U3的GND管脚接地。
[0043]电压调节器U2为电压调节芯片MAX603，可以将6V电压转换为5V电压；电压调节器U3为稳压管AHl 117-3.3V，将5V电压转换为3.3V。
[0044]供电电路I可以将6V电池电压转换为直流5V和3.3V电压，为整个装置提供电源。输出的5V电压为实时时钟电路4和外部U盘提供电压，输出的3.3V为气压采样电路2、温湿度采样电路3、单片机控制和时钟设置电路5、U盘存储电路6提供电压。
[0045]图3为本实用新型一实施例的气压采样电路的结构示意图。如图3所示，气压采样电路2包括:晶振N3、气压传感器N4、滤波电容C8、滤波电容C4、上拉电阻R6、上拉电阻R7;其中，
[0046]晶振N3的V1管脚连接VCC管脚、滤波电容C8的一端、供电电路I中电压调节器U3的Vcmt管脚，晶振N3的GND管脚接地，晶振N3的OUT管脚连接气压传感器N4的MCLK管脚，滤波电容C8的另一端接地，气压传感器N4的GND管脚接地，气压传感器N4的SCLK管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P3.7管脚，气压传感器N4的VDD管脚连接滤波电容C4的一端、供电电路I中电压调节器U3的Vciut管脚，滤波电容C4的另一端接地，气压传感器N4的DOUT管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P2.1管脚、上拉电阻R6的一端，气压传感器N4的DIN管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P2.0管脚、上拉电阻R7的一端，上拉电阻R6的另一端连接上拉电阻R7的另一端、供电电路I中电压调节器U3的^抓管脚。
[0047]晶振N3为晶振SG3030，0UT端输出32.7681^^方波信号]\^5540_10^，01]1'端与财的6脚MCLK相连，为N4的模数转换提供时钟信号。气压传感器N4为气压传感器MS5540C，MS5540C是瑞士 intersema公司生产的一款包含有精密压阻式压力传感器、电阻式温度传感器和ADC接口的绝对气压传感器，该传感器不但能够将气压传感器的非补偿模拟输出电压转换成16位的数字气压值，同时能够提供16位的数字温度值作为对气压值的补偿，通过I脚SCLK时钟、7脚DIN输入和8脚DOUT输出三线串行接口分别与单片机Ul的47脚、46脚和45脚相连接，单片机利用串行接口读得MS5540C的数据，在单片机内部通过软件进行气压补偿后，得到补偿后的气压值，最后将数据存储至外部U盘上。
[0048]图4为本实用新型一实施例的温湿度采样电路的结构示意图。如图4所示，温湿度采样电路3包括:温湿度传感器N2、滤波电容C9、上拉电阻R5;其中，
[0049]温湿度传感器N2的GND管脚接地，温湿度传感器N2的DATA管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P3.6管脚、上拉电阻R5的一端，上拉电阻R5的另一端连接供电电路I中电压调节器U3的Vciut管脚，温湿度传感器N2的SCK管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P3.5管脚，温湿度传感器N2的VDD管脚连接滤波电容C9的一端、供电电路I中电压调节器U3的Vciut管脚，滤波电容C9的另一端接地。
[0050]温湿度传感器N2为温湿度传感器SHT15，SHT15是一款高集成度的温湿度传感器，提供全量程标定的数字输出，它包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器、一个OPT存储器以及一个串行接口电路设计在一个芯片上。通过3脚SCK时钟、2脚DATA数据的两线I2C串行接口与单片机Ul的49脚、48脚相连，通过编程，单片机利用串行接口读得SHT15的温度、湿度信号，采集OPT中的补偿系数，校准后得到温度、湿度值，然后将数据存储至外部U盘上。
[0051]图5为本实用新型一实施例的实时时钟电路的结构示意图。如图5所示，实时时钟电路4包括:时钟芯片N1、滤波电容C7、频率补偿电容Cll、晶振Gl、备份电池BTl、上拉电阻R2、上拉电阻R3、上拉电阻R4;其中，
[0052]时钟芯片NI的VCC2管脚连接供电电路I中电压调节器U2的OUT管脚、滤波电容C7的一端，滤波电容C7的另一端接地，时钟芯片NI的Xl管脚连接晶振Gl的一端、时钟芯片NI的X2管脚连接晶振Gl的另一端、频率补偿电容Cl I的一端，频率补偿电容Cl I的另一端接地，时钟芯片NI的GND管脚接地，时钟芯片NI的VCCl管脚连接备份电池BTl的正极，备份电池BTl的负极接地，时钟芯片NI的SCLK管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P2.4管脚、上拉电阻R2的一端，时钟芯片NI的1管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机UI的P2.2管脚、上拉电阻R3的一端，时钟芯片NI的/RST管脚连接单片机控制和时钟设置电路5中单片机Ul的P2.3管脚、上拉电阻R4的一端，上拉电阻R2的另一端连接供电电路I中电压调节器U2的OUT管脚、上拉电阻R3的另一端、上拉电阻R4的另一端。
[0053]时钟芯片NI为实时时钟DS1302，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历，实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。通过时钟芯片NI的7脚SCLK时钟、5脚/RST复位、6脚1数据三线串行接口分别与单片机Ul的42脚、43脚、44脚相连，通过编程，单片机利用串行接口读到时钟数据，然后将数据存储至外部U盘上。时钟通过时钟设置电路进行设置，DS1302需要晶振Gl提供一个32.768KHZ的时钟。DS1302的双电源管脚用于主电源VCC2和备份电源供电VCCl，主电源VCC2由5V供电，可编程为备份电源VCCl(BTl)涓流充电。BTl为3V可充电电池，在整个装置关机后保证时钟的正常运行。
[0054]图6为本实用新型一实施例的单片机控制和时钟设置电路的结构示意图。如图6所示，单片机控制和时钟设置电路5包括:单片机Ul、滤波电容Cl O、滤波电容C2、滤波电容C1、频率补偿电容Cl 7、频率补偿电容Cl 8、晶振G2、上拉电阻R8、上拉电阻R9、上拉电阻Rl O、按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3;其中，
[0055]单片机Ul的XTALl管脚连接频率补偿电容C17的一端、晶振G2的一端，频率补偿电容C17的另一端连接地、频率补偿电容C18的一端，单片机Ul的XTAL2管脚连接晶振G2的另一端、频率补偿电容Cl 8的一端；
[0056]单片机Ul的MONEN管脚连接供电电路I中电压调节器U3的Vciut管脚、单片机Ul的37脚VDD管脚、滤波电容Cl O的一端，单片机Ul的38脚DGND管脚连接地、滤波电容Cl O的另一端；
[0057]单片机Ul的64脚VDD管脚连接供电电路I中电压调节器U3的Vciut管脚、滤波电容C2的一端，单片机Ul的63脚DGND管脚连接地、滤波电容C2的另一端；
[0058]单片机UI的90脚VDD管脚连接供电电路I中电压调节器U3的Vciut管脚、滤波电容CI的一端，单片机Ul的89脚DGND管脚连接地、滤波电容Cl的另一端；
[0059]单片机Ul的Pl.3管脚连接U盘存储电路6中文件管理控制芯片U4的D3管脚，单片机Ul的Pl.4管脚连接U盘存储电路6中文件管理控制芯片U4的D4管脚，单片机Ul的Pl.5管脚连接U盘存储电路6中文件管理控制芯片U4的D5管脚，单片机Ul的Pl.6管脚连接U盘存储电路6中文件管理控制芯片U4的D6管脚，单片机Ul的Pl.7管脚连接U盘存储电路6中文件管理控制芯片U4的D7管脚；
[0060]单片机Ul的P3.1管脚连接上拉电阻R8的一端、按键开关SI的一端，单片机Ul的P3.2管脚连接上拉电阻R9的一端、按键开关S2的一端，单片机Ul的P3.3管脚连接上拉电阻RlO的一端、按键开关S3的一端，上拉电阻R8的另一端连接电压调节器U3的Vciut管脚、上拉电阻R9的另一端、上拉电阻RlO的另一端，按键开关SI的另一端、按键开关S2的另一端、按键开关S3的另一端分别接地(DGND)。
[0061 ]晶振 G2 为 22.1184]?!^晶振，62和(:17、(:18为单片机1]1提供22.1184]\0^时钟;1?8、1?9、RlO和S1、S2、S3组成时钟设置电路，通过按键开关设置本装置的时间与其他测量仪器的GPS时间设置一致，这样就达到了同步测量的目的;Ul为单片机C8051F120，C8051F120单片机采用流水线结构，指令运行速度比MCS-51系列单片机提高了 10倍。通过编程，Ul将采样的气压、温度、湿度进行数据处理，将最终的气压、温度、湿度和时间存储至外部U盘上。
[0062]图7为本实用新型一实施例的U盘存储电路的结构示意图。如图7所示，U盘存储电路6包括:文件管理控制芯片U4、U盘插座J1、下拉电阻R11、下拉电阻R12、下拉电阻R13、限流电阻R1、滤波电容C14、滤波电容C15、滤波电容C6、上电复位电容C16、频率补偿电容C12、晶振XI;其中，
[0063]文件管理控制芯片U4的V3管脚连接电压调节器U3的Vciut管脚、滤波电容C14的一端，滤波电容V14的另一端连接地、文件管理控制芯片U4的GND管脚、频率补偿电容C12的一端，文件管理控制芯片U4的XI管脚连接晶振Xl的一端，晶振Xl的另一端连接文件管理控制芯片U4的XO管脚、频率补偿电容C12的另一端；
[0064]文件管理控制芯片U4的VCC管脚连接电压调节器U3的Vciut管脚、文件管理控制芯片U4的PCS#管脚、滤波电容Cl 5的一端，滤波电容Cl 5的另一端接地；
[0065]文件管理控制芯片U4的RSTI管脚连接上电复位电容C16的一端，上电复位电容C16的另一端连接电压调节器U3的Vciut管脚、下拉电阻Rll的一端、下拉电阻R12的一端、下拉电阻Rl 3的一端，下拉电阻Rl I的另一端连接文件管理控制芯片U4的TXD管脚，下拉电阻Rl 2的另一端连接文件管理控制芯片U4的RXD管脚，下拉电阻R13的另一端连接文件管理控制芯片U4的AO管脚;
[0066]U盘插座Jl的第一引脚连接限流电阻Rl的一端、滤波电容C6的一端，限流电阻Rl的另一端连接电压调节器U2的OUT管脚，滤波电容C6的另一端接地，U盘插座JI的第二引脚连接文件管理控制芯片U4的UD-管脚，U盘插座Jl的第三引脚连接文件管理控制芯片U4的UD+管脚，U盘插座Jl的第四、五、六引脚接地。
[0067 ] 晶振XI为12MHz晶振，XI和C12组成12MHz时钟提供给U4。U4为文件管理控制芯片CH376，CH376是文件管理控制芯片，用于单片机系统读写U盘中的文件。CH376支持USB设备方式和USB主机方式，并且内置了USB通讯协议的基本固件，内置了处理Mas s-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件，内置了FAT16和FAT32以及FAT12文件系统的管理固件，支持常用的USB存储设备(包括U盘/USB硬盘/USB闪存盘/USB读卡器)<XH376通过18脚SCS/D3、19脚BZ/D4、20脚SCK/D5、21脚SDI/D6、22脚SD0/D7以SPI接口方式分别与单片机Ul的33脚、32脚、31脚、30脚、29脚相连，通过编程，单片机利用串行接□将时间、气压、温度、湿度信号，以文本方式存储至外部U盘上。
[0068]为了对上述气压温湿度实时测量装置进行更为清楚的解释，下面利用该装置进行气压温湿度实时测量的具体实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本实用新型，并不构成对本实用新型不当的限定。
[0069]气压温湿度测量是在硬件电路的基础上实现下列功能:实时采集气压温度湿度信号，进行各种校正补偿，得到高精度的测量值，然后将这些数据连同时钟一起存储至外部U盘上。通过按键S1、S2、S3设置时钟，与其他测量仪器中的GPS中的时间保持一致，从而实现同步测量。
[0070]利用气压温湿度实时测量装置进行实时测量是把需要实时处理的任务放在定时器中断中执行，把其他任务放在主程序中等空闲时执行。本装置中，气压测量、温度测量、湿度测量、读取时钟是实时任务，放在定时器中断中执行，数据存储和时钟设置放在主程序中执行。
[0071 ] 具体的，利用气压温湿度实时测量装置进行实时测量的步骤包括:
[0072]利用单片机控制和时钟设置电路5设置时钟；
[0073]单片机控制和时钟设置电路5按照预设程序控制气压采样电路2、温湿度采样电路3、实时时钟电路4进行气压、温湿度测量并记录实时时钟数据，实时采集气压数据、温湿度数据，进行校正补偿，得到校正后的气压数据、温湿度数据；
[0074]将校正后的气压数据、温湿度数据以及与所述气压数据、温湿度数据对应的实时时钟数据存储至外部U盘。
[0075]进一步的，单片机控制和时钟设置电路5实施定时器中断程序包括:
[0076]建立任务组，该任务组包括:气压测量任务、温湿度测量任务和读取时钟任务，即将气压测量、温湿度测量和读取时钟的过程分解为多个小任务，利用单片机控制和时钟设置电路中的定时器中断进行任务调度，定时器间隔为5mS;
[0077]当在定时器中断服务程序中执行任务组中的某一项任务时，遇到需要等待的任务时暂且不管，在定时器中断服务程序中执行该任务组的其它任务，等待A/D转换完毕后，再在定时器中断服务程序中继续执行该任务组的剩余任务，这样就在微观上各程序分时使用单片机，宏观上并发运行的多任务实时测量气压、温湿度。
[0078]1、单独测量气压
[0079]采用气压传感器MS5540C测量气压，每个MS5540C内部分别包含4个字长(W0RD1?W0RD4)的6个校准数据(Cl?C6)如图8所示。
[0080]如图9所示，为单独气压测量的流程示意图。单独测量气压的过程为:先从MS5540C中读出WORDl、W0RD2、W0RD3、W0RD4，分离出6个补偿系数，然后发出测量气压Dl指令，在经过A/D转换(需要35mS)后读出Dl值，再发出测量温度D2指令，在经过A/D转换(需要35mS)后读出D2值，最后根据6个校正系数进行气压校正，计算出实际的气压值。
[0081 ] 2、单独测量温湿度
[0082]采用SHT15测量温度和湿度，内嵌的温度和湿度传感器测量到信号后经过放大器放大，通过A/D转换为数字信号串口输出。A/D转换的时间最大为55/210mS分别对应于12/14位，湿度的A/D转换为12位，最大转换时间为55mS，温度的A/D转换为14位，最大转换时间为210mSo
[0083]如图10所示，为单独温湿度测量的流程示意图。单独测量温湿度的过程为:首先发出测量湿度的指令，等待55mS进行A/D转换，读出湿度值，再发出测量温度的指令，等待210mS进行A/D转换，读出温度值，最后计算实际温度，计算非线性改正和温度补偿后的湿度。
[0084]3、读取时钟
[0085]读取时钟的过程不需要等待，所以读取时钟过程一次完成，不需要分拆。
[0086]如图11所示，为实时时钟读取的流程示意图。在上电时，需要设置DS1302的初始状态，设置充电模式，然后就可以读取时间和日期。
[0087]综合上述测量气压、温湿度和读取时钟的过程，将气压测量中的读出WORD1、TORD2、W0RD3、W0RD4，并分离出分6个补偿系数Cl?C6，以及时钟的充电模式设置放入主程序初始化中完成，其余部分放到定时器中断服务程序中完成。
[0088]气压传感器和温湿度传感器内部分别只有一个A/D，温湿度传感器内部的温度的A/D转换时间最长，需要210mS，湿度的A/D转换时间为55mS，气压Dl和气压内部温度D2的A/D转换时间为35mS。所以，在定时器中断服务程序中，实时测量气压、温度、湿度及时钟读取的顺序和间隔可以参考图12所示的流程示意图。
[0089]在本实施例中，要求IS采样一次数据。选择定时器中断间隔为5mS，虽然从发出测量命令到最终计算出的气压温湿度的时间间隔为265mS，但因为A/D模数转换的前提是已经采集到模拟量，而模拟量的采集时间是瞬间完成的，相对A/D转换时间可以忽略不计，而最后一次发出测量命令以后的A/D转换时间不应该包括在采集信号时间内，所以，采集气压温湿度的时间应为265mS-210mS = 55mS，相对于顺序测量的测量时间35mS(气压Dl)+35mS(气压内部温度D2)+55mS(湿度)= 125mS大大减小，相当于实时测量。(程序运行时间可以忽略不计。)
[0090]通过上述实施例可知，从发出测量气压温湿度的命令，获取时钟，到采样完毕总共用时55mS。在一具体实施例中，按照航空物理勘探测量要求的一般飞机时速为250公里/小时计算，则飞机55mS飞行3.8米，获取时钟的时刻是在测量开始第25mS，也就是飞机飞行了1.74米获取的时钟，所以最大误差为2.06米，而由于气压和温湿度都是缓慢变化的物理量，不会突变，这样就实现了实时测量。
[0091]在本实施例中，定时器中断服务的流程如图13所示，设置任务状态STATE初始值为0，每当定时器计数器到IS时，开始一次完整的数据测量。从STATE = O开始执行实时测量任务，每个任务间隔如上图所示，每个任务执行完毕，将STATE加I，一直到实时测量任务全部完成，将STATE设置为O。
[0092]按照定时器中断服务程序的流程图和任务之间的间隔执行程序，就可以实现气压、温度、湿度和读取时钟的实时测量。
[0093]在主程序执行中，可以将数据存储和时钟设置放在有空闲时完成。
[0094]在本实施例中，如图14所示，为数据存储到外部U盘的流程示意图。具体步骤如下:先将CH376初始化，输入文件名，判断文件名是否存在:如果存在，打开该文件，将文件指针移到文件末尾，否则新建文件名，然后将数据以文本格式写入外部U盘，为了防止偶然断电数据丢失，每次写入一组数据后存盘。
[0095]在本实施例中，如图15所示，为时钟设置流程示意图。需要说明的是，在前述电路图中的按键开关SI为UP键即增大键，按键开关S2为SET键即设置键，按键开关S3为DOWN键即减小键。
[0096]时钟设置的步骤如下:
[0097]判断是否有设置键按下，如果有，则进行时间设置，否则，不断检测。
[0098]当按下S2设置键时，设置时间；在有设置键按下的前提下，按下SI增大键时，将设置值增大，按下S3减小键时，将设置值减小。第一次按下S2设置键时，用SI和S3键进行年设置，第二次按下S2设置键时，用SI和S3键进行月设置，第三次按下S2设置键时，用SI和S3键进行日设置，第四次按下S2设置键时，用SI和S3键进行星期设置，第五次按下S2设置键时，用SI和S3键进行小时设置，第六次按下S2设置键时，用SI和S3键进行分钟设置，第七次按下S2设置键时，用SI和S3键进行秒设置，第八次按下S2设置键时，将设置值写入实时时钟DS1302。通过设置的时间与其他物探仪器测量中的GPS时间一致，实现同步测量。
[0099]在本实施例中，如图16所示，为主程序的流程示意图。首先进行单片机端口设置及外围器件包括MS5540C、SHT15、DS1302、CH376的初始化，然后使能定时器中断，开始测量，先判断是否有时钟设置:若有，设置时钟，否则继续，然后判断是否有新数据，若有，将新数据存入外部U盘，否则继续，最后判断是否结束测量，如果结束测量，则禁止定时器中断，拔出外部U盘，否则继续判断是否时钟设置。数据存储容量取决于U盘容量。
[0100]在本实用新型的实施例中，气压传感器、温湿度传感器和实时时钟的器件并不限于实施例中所描述的型号，也可以采用其它能实现上述功能的器件。
[0101]本实用新型的气压温湿度实时测量装置由硬件电路采样气压、温度、湿度信号，用实时时钟芯片获得时间，采用单片机读取气压、温度、湿度、和时钟，并进行最终的数据处理，最后将数据存储至外部U盘上。用按键设置时间以便与GPS同步。
[0102]在单片机的程序设计中，将实时测量的气压、温度、湿度和读取时钟的任务放在定时器中断服务程序中完成；由于存储数据比较慢，所以把数据存储到外部U盘和时钟设置任务放在主程序中空闲时完成。
[0103]具体的，使用定时器中断，以5mS为中断间隔，分别将气压、温度、湿度和时钟采样任务分解为多个小的任务，在定时器中断程序中，每次执行一个小任务。在发出执行一个任务的命令后，也就是此任务的A/D模数转换期间，在定时器中断服务程序中执行其他任务的小任务，等A/D模数转换完成后，再在定时器中断服务程序中执行此任务的剩余小任务，这样，就实现了实时测量气压、温度、湿度，获取时钟。
[0104]通过时钟设置，实现与其他测量的同步，由于设置时钟需要在测量之前完成，所以将时钟设置放在主程序中完成。由于存储数据比较慢，所以把数据存储到U盘的任务放在主程序中完成。
[0105]本实用新型主要保护的是一种气压温湿度实时测量装置，所改进主要在于通过多种传感器、电子器件的组合对气压温湿度进行实时测量、采集。在进行测量时，单片机Ul必然需要执行程序来控制气压传感器、温湿度传感器、实时时钟，以实现数据采集、存储等功能，而该些程序的改进并非本实用新型的改进点，在本实用新型的精神和原则之内，本领域技术人员可以根据实际情况对程序进行适应性的调整。
[0106]本实用新型的气压温湿度实时测量装置，可以保证气压、温度、湿度和读取时钟的实时测量。另外，本实用新型可以利用按键进行时钟设置，确保与其他测量仪器的GPS中的时间一致，实现同步测量。本实用新型还使用文件管理控制芯片CH376，可以将气压温湿度及时钟数据以文本格式存储至外部U盘上。
[0107]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种气压温湿度实时测量装置，其特征在于，该装置包括:供电电路(I)、气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、单片机控制和时钟设置电路(5)、U盘存储电路(6); 供电电路(I)与气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、单片机控制和时钟设置电路(5)、U盘存储电路(6)连接，单片机控制和时钟设置电路(5)与气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、U盘存储电路(6)连接； 其中， 供电电路(I)，用于给气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)、单片机控制和时钟设置电路(5)、U盘存储电路(6)提供工作电压； 气压采样电路(2)，用于测量气压数据，发送至单片机控制和时钟设置电路(5); 温湿度采样电路(3)，用于测量温湿度数据，发送至单片机控制和时钟设置电路(5); 实时时钟电路(4)，用于提供实时时钟数据，发送至单片机控制和时钟设置电路(5); 单片机控制和时钟设置电路(5)，用于控制气压采样电路(2)、温湿度采样电路(3)、实时时钟电路(4)进行气压、温湿度测量并记录实时时钟数据，实时采集气压数据、温湿度数据，将所述气压数据、温湿度数据以及与所述气压数据、温湿度数据对应的实时时钟数据发送至U盘存储电路(6); U盘存储电路(6)，用于将匹配有对应的实时时钟数据的气压数据、温湿度数据存储至外部U盘。2.根据权利要求1所述的气压温湿度实时测量装置，其特征在于，供电电路(I)包括:电池组、第一电压调节器、第二电压调节器、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容;其中， 电池组的正极连接第一滤波电容的一端、第一电压调节器的IN管脚、/OFF管脚，电池组的负极连接地、第一滤波电容的另一端、第二滤波电容的一端、第三滤波电容的一端，第一电压调节器的GND管脚、SET管脚接地，第一电压调节器的OUT管脚连接第二滤波电容的另一端、第二电压调节器的Vin管脚，第二电压调节器的Vciut管脚连接第三滤波电容的另一端，第二电压调节器的GND管脚接地。3.根据权利要求1所述的气压温湿度实时测量装置，其特征在于，气压采样电路(2)包括:第一晶振、气压传感器、第四滤波电容、第五滤波电容、第一上拉电阻、第二上拉电阻;其中， 第一晶振的V1管脚连接VCC管脚、第四滤波电容的一端、供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚，第一晶振的GND管脚接地，第一晶振的OUT管脚连接气压传感器的MCLK管脚，第四滤波电容的另一端接地，气压传感器的GND管脚接地，气压传感器的SCLK管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P3.7管脚，气压传感器的VDD管脚连接第五滤波电容的一端、供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚，第五滤波电容的另一端接地，气压传感器的DOUT管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.1管脚、第一上拉电阻的一端，气压传感器的DIN管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.0管脚、第二上拉电阻的一端，第一上拉电阻的另一端连接第二上拉电阻的另一端、供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚。4.根据权利要求1所述的气压温湿度实时测量装置，其特征在于，温湿度采样电路(3)包括:温湿度传感器、第六滤波电容、第三上拉电阻;其中， 温湿度传感器的GND管脚接地，温湿度传感器的DATA管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P3.6管脚、第三上拉电阻的一端，第三上拉电阻的另一端连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚，温湿度传感器的SCK管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P3.5管脚，温湿度传感器的VDD管脚连接第六滤波电容的一端、供电电路(I)中第二电压调节器的V-管脚，第六滤波电容的另一端接地。5.根据权利要求1所述的气压温湿度实时测量装置，其特征在于，实时时钟电路(4)包括:时钟芯片、第七滤波电容、第一频率补偿电容、第二晶振、备份电池、第三上拉电阻、第四上拉电阻、第五上拉电阻;其中， 时钟芯片的VCC2管脚连接供电电路(I)中第一电压调节器的OUT管脚、第七滤波电容的一端，第七滤波电容的另一端接地，时钟芯片的Xl管脚连接第二晶振的一端、时钟芯片的X2管脚连接第二晶振的另一端、第一频率补偿电容的一端，第一频率补偿电容的另一端接地，时钟芯片的G ND管脚接地，时钟芯片的V C CI管脚连接备份电池的正极，备份电池的负极接地，时钟芯片的SCLK管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.4管脚、第三上拉电阻的一端，时钟芯片的1管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.2管脚、第四上拉电阻的一端，时钟芯片的/RST管脚连接单片机控制和时钟设置电路(5)中单片机的P2.3管脚、第五上拉电阻的一端，第三上拉电阻的另一端连接供电电路(I)中第一电压调节器的OUT管脚、第四上拉电阻的另一端、第五上拉电阻的另一端。6.根据权利要求1所述的气压温湿度实时测量装置，其特征在于，单片机控制和时钟设置电路(5)包括:单片机、第八滤波电容、第九滤波电容、第十滤波电容、第二频率补偿电容、第三频率补偿电容、第三晶振、第六上拉电阻、第七上拉电阻、第八上拉电阻、第一按键开关、第二按键开关、第三按键开关;其中， 单片机的XTALl管脚连接第二频率补偿电容的一端、第三晶振的一端，第二频率补偿电容的另一端连接地、第三频率补偿电容的一端，单片机的XTAL2管脚连接第三晶振的另一端、第三频率补偿电容的一端； 单片机的MONEN管脚连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚、单片机的第一VDD管脚、第八滤波电容的一端，单片机的第一 DGND管脚连接地、第八滤波电容的另一端； 单片机的第二VDD管脚连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚、第九滤波电容的一端，单片机的第二 DGND管脚连接地、第九滤波电容的另一端； 单片机的第三VDD管脚连接供电电路(I)中第二电压调节器的Vciut管脚、第十滤波电容的一端，单片机的第三DGND管脚连接地、第十滤波电容的另一端； 单片机的Pl.3管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D3管脚，单片机的Pl.4管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D4管脚，单片机的Pl.5管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D5管脚，单片机的Pl.6管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D6管脚，单片机的Pl.7管脚连接U盘存储电路(6)中文件管理控制芯片的D7管脚； 单片机的P3.1管脚连接第六上拉电阻的一端、第一按键开关的一端，单片机的P3.2管脚连接第七上拉电阻的一端、第二按键开关的一端，单片机的P3.3管脚连接第八上拉电阻的一端、第三按键开关的一端，第六上拉电阻的另一端连接第二电压调节器的Vciut管脚、第七上拉电阻的另一端、第八上拉电阻的另一端，第一按键开关的另一端、第二按键开关的另一端、第三按键开关的另一端分别接地。7.根据权利要求1所述的气压温湿度实时测量装置，其特征在于，U盘存储电路(6)包括:文件管理控制芯片、U盘插座、第一下拉电阻、第二下拉电阻、第三下拉电阻、限流电阻、第i^一滤波电容、第十二滤波电容、第十三滤波电容、上电复位电容、第四频率补偿电容、第四晶振;其中， 文件管理控制芯片的V3管脚连接第二电压调节器的Vciut管脚、第十一滤波电容的一端，第十一滤波电容的另一端连接地、文件管理控制芯片的GND管脚、第四频率补偿电容的一端，文件管理控制芯片的XI管脚连接第四晶振的一端，第四晶振的另一端连接文件管理控制芯片的XO管脚、第四频率补偿电容的另一端； 文件管理控制芯片的VCC管脚连接第二电压调节器的Vciut管脚、文件管理控制芯片的PCS#管脚、第十二滤波电容的一端，第十二滤波电容的另一端接地； 文件管理控制芯片的RSTI管脚连接上电复位电容的一端，上电复位电容的另一端连接第二电压调节器的Vmjt管脚、第一下拉电阻的一端、第二下拉电阻的一端、第三下拉电阻的一端，第一下拉电阻的另一端连接文件管理控制芯片的TXD管脚，第二下拉电阻的另一端连接文件管理控制芯片的RXD管脚，第三下拉电阻的另一端连接文件管理控制芯片的AO管脚；U盘插座的第一引脚连接限流电阻的一端、第十三滤波电容的一端，限流电阻的另一端连接第一电压调节器的OUT管脚，第十三滤波电容的另一端接地，U盘插座的第二引脚连接文件管理控制芯片的UD-管脚，U盘插座的第三引脚连接文件管理控制芯片的UD+管脚，U盘插座的第四、五、六引脚接地。
【文档编号】G01D21/02GK205642427SQ201521129802
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】樊巧玲, 周坚鑫, 舒晴, 段乐颖, 尹航, 高维, 宋燕兵
【申请人】中国国土资源航空物探遥感中心