专利名称：基于单片机的船舶气象仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船舶气象仪，具体地说，是涉及一种基于单片机的船 舶气象仪，属于仪器仪表技术领域。
背景技术：
气象信息对于船舶的航行安全起着很重要的作用，目前，很多民用船舶出 于成本考虑仍使用手持风速风向仪、干湿球温度计和空盒气压表等比较原始的 仪表由人工来测量气象参数，费时又费力，而且数据误差大。好一些的船舶采
用基于一种基于Z80单板机的数字气象仪，它虽然能够自动测量并显示风速、 风向、气温和相对湿度，但是测量参数中没有气压信号，且这种数字气象仪技 术落后，易出故障。另外，该气象仪采用数码管显示气象参数， 一屏只能显示 一种参数，使用不方便。
发明内容
本实用新型针对现有技术中船舶气象仪存在的上述缺点，提供了 一种基于 单片机的船舶气象仪，能够自动、实时、连续地测量各种气象信号，并实时输 出处理后的气象信息，可靠性较高，而JU乘作^吏用4交为方^更。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现 一种基于单片机的船舶气象仪，包括测风传感器、温湿度传感器及主仪器， 所述主仪器内设置有电源�？榧爸骺刂瓢澹涮卣髟谟冢鲋骺刂瓢迳系闹�
感器输出的信号并进行处理，然后将处理后的信号通过所述单片机的输出端输出。
根据本实用新型，所述主仪器内设置有气压传感器，所述气压传感器输出 的气压信号传输至所述单片机中进行处理。
根据本实用新型，所述气压传感器输出的气压信号经所述主控制板上的分 压电路分压、并经运放电路放大后，输入至所述单片机中。
根据本实用新型，为实时显示各种气象参数信息，所述主仪器内还设置有 显示控制板，所述显示控制板与所述单片机进行双向串行通信；所述显示控制 板接收所述单片机输出的信号，并控制与所述显示控制板连接的显示�？榻� 气象信息的显示。
根据本实用新型，所述显示�？橛叛∥壕允酒�。
根据本实用新型，所述显示控制板连接有键盘输入�？�。
根据本实用新型，为将单片机处理后的气象信息进行保存和远程查看，所 述单片机处理后的气象信号通过其串口输出，并经光隔电路隔离后输入至电平
转换电路，所述电平转换电路将所述串口输出的TTL电平信号转换为RS422信 号后输出至局域网及船舶黑匣子。
根据本实用新型，所述测风传感器输出风速信号和风向信号，所述风速信
光端，然后经所述光隔电路的受光端输入至所述单片机中；所述风向信号经所 述主控制板上的整形驱动电路整形驱动后输入至风向信号光隔电路的发光端， 然后经所述光隔电路的受光端输入至所述单片机中。
根据本实用新型，所述温湿度传感器输出温度电流信号和湿度电流信号， 所述温度电流信号和所述湿度电流信号分别经所述主控制板上的电流电压转换 电路I/V转换成电压信号并经运放电路放大后输入至所述单片机中。
根据本实用新型，所述主仪器内设置有在气象信号异常时发出报警信号的 报警�？�。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是1、基于单片机的船舶气象仪能够自动、实时、连续地测量风速、风向、气温、相对湿度、气压等气 象参数，并具有系统自检、传感器测试及大风报警等功能，实现了设备的故障
自诊断，维修方便；2、船舶气象仪采用液晶显示器，使用户对全部气象信息一 目了然，操作使用方便；3、通过单片机的串口可向船上黑匣子(VDR)和局域 网发送实时的气象信息，以备查询使用。
图1为本实用新型所述船舶气象仪一个实施例的整机结构示意图2为本实用新型所述船舶气象仪的原理框图3为图2中主控制板信号输入部分的电路原理图4为图2中主控制板信号输出部分的电3各原理图5为图2中电源�？榈牡缏吩硗�。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
图1所示为本实用新型所述船舶气象仪一个实施例的整机结构示意图，所 述船舶气象仪包括测风传感器1、百叶箱2及主仪器3。所述测风传感器1为螺 旋桨式，用来测量风速和风向。在所述百叶箱2中设置有一体式的温湿度传感 器，其中，温度测量部分主要由标准铂电阻PtlOO及其桥路、转换电路等部分 组成，温度的变化引起铂电阻阻值变化，通过测温电桥及其电路，可得到当前 的温度值；湿度测量部分由湿敏元件和转换电^各两部分组成，当环境湿度发生 变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，传感器的转换电i^te湿敏电容的变 化量转换成电流变化量，从而得到当前的相对湿度值。所述温湿度传感器输出 的温度信号和湿度信号均为4 20mA的电流信号。所述主仪器3内设置有气压 传感器，所述气压传感器输出0-5V的气压信号。在所述主仪器3的面板上设置 有液晶显示器31及键盘输入才莫块32。图2为上述船舶气象仪的原理框图。在所述主仪器3内设置有主控制板， 所述主控制板上采用单片机作为主处理器。测风传感器输出的风向信号及风速 信号经所述主控制板上滤波电路、整形电路、驱动电路及光隔电路处理后，输 入至所述单片机中进行处理。所述温湿度传感器输出的温度电流信号和湿度电 流信号先经主控板上的I/V电路转换成电压信号，然后经运放电路放大后再输 入至所述单片机中进行处理。气压传感器输出的压力信号为0-5V的电压信号， 因为单片机要求信号电压要低于其基准电压2. 5V，所以所述气压传感器输出的 气压电信号先经主控制板上的分压电路降压并经运动电路放大后，传输至所述 单片机中进行处理。
经所述单片机处理后的气象数据一方面可以通过单片机的串口输出，并经 驱动电路、光隔电路及电平转换电路转换为RS422信号后传输至局域网或船舶 黑匣子VDR中，以备查询使用；另一方面，还通过所述单片机的另一个串口输 出，并转换为RS422信号后，传输至主仪器中带有RS422接口的显示控制板中， 所述显示控制板连接有液晶显示器，从而通过所述液晶显示器显示气象数据。 所述液晶显示器选用320*240点阵，用户可以选择一屏显示一种气象数据，也 可以一屏显示所有的数据，方便用户查看信息。所述显示控制板还连接有触摸 键盘输入�？椋没Э梢酝ü黾淌淙氩拍椴⒔岷纤鲆壕允酒鞫愿髌� 象参数执行装订操作。
所述主控板还连接有报警�？椋霰ň？榘ü獗ň坪头涿�。当 瞬时真风速不小于17米/秒时，将产生大风报警，主仪器前面板上的光报警灯 亮，同时蜂鸣器鸣叫。按面板上的解除开关，只能解除声报警，光报警灯仍亮， 只有瞬时真风速小于17米/秒时，光l艮警才灯灭，蜂鸣器也不在鸣叫。
图3示出了图2中主控制板信号输入部分的电路原理图，图4则为图2 中主控制板信号输出部分的电路原理图。
如图3所示，测风传感器输出的风速信号wind speed经电阻R13和电容 C39构成的滤波电路滤波、并经驱动电路U9A驱动后，输入至光隔电路�？閁13的一个发光端，然后从所述发光端对应的受光端输出信号至单片机U1的计数器
端T0。所述测风传感器输出的风向信号WIND0-WIND6经施密特触发器整形电路 及驱动电路处理后输入至光隔电路�？閁12及U13的发光端，并经受光端输入 至所述单片机U1的P2 口。温湿度传感器输出的温度电流信号temp经电阻R2 转换为0. 4-2V的电压信号，然后经运放U3放大后输入至单片机Ul的模数转换 口 AINO. 0。而温湿度传感器输出的湿度电流信号humidity经电阻R5转换为 0. 4-2V的电压信号，然后经运放U4放大后输入至单片机Ul的模数转换口 AINO. 1。气压传感器输出的气压信号pressure经电阻R10和R11组成的分压电 路分压后再经运放U5放大，然后输入至单片才几Ul的冲莫数转换口 AINO. 2。
结合图4所示，单片机U1具有两个完全相同的串口 UARTO,通过设置交叉 开关控制寄存器TXO、 RXO、 TX1、 RX1分别连到P0. 0、 P0. 1、 Pl. 0和Pl. 1。 UARTO 和UART1经光隔模块U16和U17、驱动才莫块U15A-U15D及电平转换�？閁18和 U19处理后，成为双向RS422接口 ，其中，UART0与显示控制板实现全双工通信。 UART1将测量的气象数据送给VDR和局域网。
图5所示为图2中电源�？榈牡缏吩硗�。为保证船舶气象仪工作稳定可 靠，在单片机U1的前端通道(风速、风向串行信号输入)和后端通道(422信 号输出)均加有光电隔离，故所述船舶气象4义采用双+5V开关电源POWER,其中 一路+5V给各传感器、滤波、整形和电平转换电路供电。由于单片机Ul需要3. 3V 供电电压，所以采用低压差稳压器U2将另一路+5V转换为3. 3V输出。
上述实施例所提供的以单片机为核心的船舶气象仪，能够自动、实时、连 续地测量风速、风向、气温、相对湿度、气压等气象参数，并通过液晶显示器 显示出来，并可向船上黑匣子和局域网发送实时的气象信息，是一种集成度高、 低功耗、体积小、功能强、可靠性高、操作使用方便的船舶气象观测仪器。
当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式而已，应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可 以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种基于单片机的船舶气象仪，包括测风传感器、温湿度传感器及主仪器，所述主仪器内设置有电源�？榧爸骺刂瓢澹涮卣髟谟冢鲋骺刂瓢迳系闹鞔砥魑テ龅テ邮账霾夥绱衅魇涑龅男藕偶八鑫率却衅魇涑龅男藕挪⒔写恚缓蠼砗蟮男藕磐ü龅テ氖涑龆耸涑�。
2、 根据权利要求i所述的船舶气象仪，其特征在于，所述主仪器内设置 有气压传感器，所述气压传感器输出的气压信号传输至所述单片机中进行处理。
3、 根据权利要求2所述的船舶气象仪，其特征在于，所述气压传感器输 出的气压信号经所述主控制板上的分压电路分压、并经运放电路放大后，输入 至所述单片机中。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的船舶气象仪，其特征在于，所述 主仪器内还设置有显示控制板，所述显示控制板与所述单片机进行双向串行通 信；所述显示控制板接收所述单片机输出的信号，并控制与所述显示控制板连 接的显示�？榻衅笮畔⒌南允尽�
5、 根据权利要求4所述的船舶气象仪，其特征在于，所述显示�？槲� 晶 显示器。
6、 根据权利要求4所述的船舶气象仪，其特征在于，所述显示控制板连 接有键盘输入模块。
7、 根据权利要求1至3中任一项所述的船舶气象仪，其特征在于，所述 单片机处理后的气象信号通过其串口输出，并经光隔电路隔离后输入至电平转 换电路，所述电平转换电路将所述串口输出的TTL电平信号转换为RS422信号 后输出至局域网及船舶黑匣子。
8、 根据权利要求1所述的船舶气象仪，其特征在于，所述测风传感器输 出风速信号和风向信号，所述风速信号经所述主控制板上的滤波驱动电路滤波驱动后输入至风速信号光隔电路的发光端，然后经所述光隔电路的受光端输入 至所述单片机中；所述风向信号经所述主控制板上的整形驱动电路整形驱动后 输入至风向信号光隔电路的发光端，然后经所述光隔电路的受光端输入至所述 单片机中。
9、 根据权利要求1所述的船舶气象仪，其特征在于，所述温湿度传感器 输出温度电流信号和湿度电流信号，所述温度电流信号和所述湿度电流信号分 别经所述主控制板上的电流电压转换电路I/V转换成电压信号并经运放电路放 大后输入至所述单片机中。
10、 根据权利要求1所述的船舶气象仪，其特征在于，所述主仪器内设置 有在气象信号异常时发出报警信号的报警模块。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单片机的船舶气象仪，包括测风传感器、温湿度传感器及主仪器，所述主仪器内设置有电源�？榧爸骺刂瓢澹涮卣髟谟冢鲋骺刂瓢迳系闹鞔砥魑テ龅テ邮账霾夥绱衅魇涑龅男藕偶八鑫率却衅魇涑龅男藕挪⒔写恚缓蠼砗蟮男藕磐ü龅テ氖涑龆耸涑�。所述船舶气象仪能够自动、实时、连续地测量各种气象信号，并实时输出处理后的气象信息，可靠性较高，而且操作使用较为方便。
文档编号G01W1/00GK201314955SQ20082022714
公开日2009年9月23日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日
发明者慧 杨, 漆随平, 王东明 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所
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