0 导言
用来进行大气参数丈量的小型气候站广泛运用于气候服务、大气试验、通讯和农业等范畴，丈量的大气参数首要包含风速、风向、大气湿度、大气温度和大气压力等。因为大气参数的本身特色，使得小型气候站在便于带着、实时丈量、功耗和抗干扰才能等方面的有较高的要求。在数字信号处理器（ digitalsignal processor，DSP） 呈现之前，小型气候站首要是以MCS—51 单片机为中心的数据收集和处理体系，面临很多的气候数据，单片机数据快速处理才能的缺乏暴露了出来，而DSP 因为其本身的硬件结构使得它能够快速进行数据处理，弥补了单片机的缺乏。依据DSP 的小型气候站是结合了DSP 的作业原理、大气参数的丈量方法和小型气候站的本身特色而提出的一种新规划，能够进行大气参数的实时丈量，并具有了功耗低、便携性好和抗干扰才能强的特色。
1 气候站作业原理和硬件框图
进行大气参数丈量的气候站首要由传感器、信号调度电路、DSP 体系和电源模块4 部分组成，如图1 所示。
因为所测的大气参数都对错电量，而丈量成果是树立在对电信号进行处理得到，所以，在气候站中针对每一个大气参数都选用了相应的传感器进行非电量到电量的转化。
传感器的输出因为其作业原理不同而不同，本文依据实践挑选的传感器规划了不同的信号调度电路，对传感器的输出有针对性的进行滤波，I /V 改换，脉冲稳幅和电压扩大等不同方式的调度，使得传感器的输出经信号调度电路之后满意DSP芯片上A / D转化器的输入模仿电压的规模或许I /O 端口的电平要求。
DSP 体系由DSP 芯片，DSP 外围复位电路、振荡电路、复位电路和串行通讯口组成。DSP 体系首要进行模仿量输入通道挑选，A/D 转化，信号处理，对气候站其他组成部分的操控以及和上位机进行串行通讯。
电源模块为DSP 体系和气候站其他组成部分供给安稳的直流电压。
2 传感器与信号调度电路
2． 1 风速传感器与信号调度电路
风速反映了大气的活动程度，具有很大的随机性。小型气候站常用于丈量近地上风速，丈量规模为1～ 60 m/s，分辩率为0． 5 m/s，精度为± 5 %。依据风速丈量的特色和要求，本文选用了红外光电开关式风速传感器和脉冲幅值安稳调度电路来完成把风速转化成单位时刻脉冲输出个数的使命，原理图如图2 所示。
在间隔风轮中心为r 的方位刻有一个遮光块，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地点的水平线上一次。当遮光块经过红外光源和红外探测器地点的水平线时，红外光源宣布的光被遮光块阻挠，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 与单位时刻内电流脉冲个数N 呈正比联系。
信号调度电路把红外探测器输出的弱小电流进行扩大后进行I /V 改换，然后，再对电压脉冲的幅值进行稳幅处理后送入DSP 体系，进行数据处理。
2． 2 风向传感器与信号调度电路
在风向丈量中，选用了精细电位器式传感器把风向改变转化成电阻改变，电阻与风向满意正比例联系，然后，经过直流四臂电桥转化电路再把电阻改变转化成电压改变，因为电压比较小，所以，还需要运用扩大电路扩大到A/D转化器所能分辩的电压规模，然后，经多路挑选器后进入A/D 转化器完成模数转化，转化后的成果进入DSP 体系。
风向丈量原理框图如图3 所示。
本规划选用了Met one 公司的020C 型电位器式风向传感器，该传感器的丈量规模为0°～ 360°，精度为± 2°，分辩率为± 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，它直接和一个精细电位器相连，对应于0°～ 360°的风向，输出电压为0～ 5 V，经电压调度电路之后，可直接进入DSP 体系进行A/D 转化。
2． 3 温湿度传感器与信号调度电路
本规划选用了瑞士Rotronic 公司型号为HygroClip s 3的空气温湿度传感器。该温湿度传感器内部集成了铂电阻温度传感器和电容式湿度传感器。温度丈量规模为－ 40～60℃，精度为± 0． 3 ℃; 相对湿度丈量规模为0 %～100 %RH，精度为± 1． 5 % RH，温湿度传感器选用+ 5 V 直流电源供电，在温湿度丈量规模内能够输出0～ 1 V 的模仿电压。温湿度丈量原理框图如图4 所示。
2． 4 大气压力传感器与信号调度电路
在小型气候站中，大气压力的丈量规模为800 ～1 080 hPa，分辩率为0． 1 hPa，精度为± 1． 0 hPa。本规划选用了电容式大气压力传感器CS106 完成把大气压力转化成电压输出。CS106 传感器是Vaisala 公司的硅%&&&&&%大气压力传感器。大气压力丈量原理框图如图5 所示。
3 DSP 体系
DSP 体系首要由DSP 芯片，按键电路、复位电路、晶振电路和串行通讯电路组成。
3． 1 DSP 芯片选型
在气候站中，DSP 的首要作用是数据收集、通道挑选和模数转化、数据剖析、成果显现及体系操控。本文依据运用要求和DSP 芯片特色选用了美国TI 公司的型号为TMS320LF2402A 的DSP 芯片，该DSP 芯片选用了CMOS 工艺，供电电压仅为3． 3 V，减小了体系功耗; 片内有32 k 字的FLASHROM，1 ． 5 k 字的RAM; 看门狗定时器; 8 通道的10位A/D 转化器，转化时刻为375 ns; 2 个16 位通用定时器和串行通讯接口等片上外围电路。
3． 2 电源电路、复位电路和时钟电路
DSP 体系电源电路、复位电路和时钟电路原理图如图6所示。
TMS320LF2402A 作业时的内核电压和I /O 缓冲器电压都为3． 3 V，本规划选用了TI 公司的TPS7333 电路转化芯片，把由电源模块供给的5 V 电压转化成3． 3 V。别的，结合TPS7333 具有的上电复位功用，规划了DSP 芯片的复位电路。规划了外部时钟电路，选用频率为20 MHz 的有源石英晶体振荡器，结合内部锁相环进行二倍频之后为DSP芯片供给40 MHz 的时钟信号。
3． 3 串行通讯接口电路
TMS320LF2402A 片内有SCI 串行口，能够方便地与核算机上的RS—232 串行口衔接进行通讯，把丈量成果显现在上位机上。因为PC 机的RS—232C 电平与DSP 的TTL 电平不一致，就必须在两者之间进行电平缓逻辑联系的改换。
本规划选用MAXIM 公司的MAX232 完成两者间的转化，电路原理图如图7 所示。
4 试验成果
经过硬件规划和软件规划，制成了小型气候站样机，试验之后的成果如表1 所示。
依据试验成果能够发现，该小型气候站根本满意户外大气试验大气参数丈量的要求。
5 定论
本规划依据大气参数的丈量要求和丈量方法，结合DSP 的作业原理，规划了一个小型气候站的硬件体系，试验成果表明： 该体系满意大气丈量的根本要求，能够作为一个小型气候站运用。
