基于无线传输的智能双经纬仪小球测风系统

基于无线传输的智能双经纬仪小球测风系统

论文摘要

大气边界层是大气层的底层部分,边界层的大气变化对人类的社会活动有着很大的影响。大气边界层的重要性决定了人类必须对其进行研究,掌握它的特征和变化规律。对于局部区域测风经常采用的方法是双经纬仪小球测风。目前在高空风测量中使用的普通测风经纬仪需手工记录观测数据、手工录入数据计算,整个测量过程程序繁琐,而且需要多名测量员协同,同步性和实时性难以保证,造成较大的误差和人力损耗,很难保证气象数据采集和分析的数据准确性和可靠性。本文提出了一种解决上述问题的方法并设计了一种新的智能化、应用范围广的数字化小球测风系统。在测量过程中只需人工跟踪测风气球,系统能够自动采集测风数据并且自动计算测风结果.系统包括:电子测风经纬仪、无线数据收发模块、C8051F320数据采集板和笔记本计算机。主机处数据采集板采用Silabs公司生产的一种带USB接口的微控制器C8051F320作为核心芯片。这部分的设计包括:PCB设计,固件设计,主机驱动程序和主机应用程序设计。本文先从整体上介绍了程序的设计思想和层次结构,然后详细介绍了固件部分的设计过程,并给出了程序流程图和采用的固件函数库。驱动程序开发部分介绍了驱动程序的结构和定制过程。主机应用程序程序的设计部分介绍了所采用的API函数,并给出了程序运行界面。本设计实现了通过USB接口向主机传送数据,和通过主机来控制系统状态的功能。完成后的双经纬仪测风探测系统具有精度高、功耗低、体积小、抗干扰能力强等特点。实现了较传统方式更经济有效灵活的大气数据采集,有着广泛的应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 测风技术的发展
  • 1.3 课题意义
  • 第二章 系统的硬件设计
  • 2.1 系统的整体设计方案
  • 2.2 系统中无线数传部分设计
  • 2.2.1 无线传输的选择
  • 2.2.2 无线收发芯片的选择
  • 2.2.3 无线收发模块设计
  • 2.2.4 课题实际使用的JZ872/3 小功率无线数传模块
  • 2.3 系统中数据接收控制板设计
  • 2.3.1 单片机的选择
  • 2.3.2 系统电源设计
  • 2.3.3 系统复位设计
  • 2.3.4 系统与主机连接部分设计
  • 2.3.5 系统晶振与时钟配置
  • 2.3.6 UART 串口通信设计
  • 2.3.7 系统固件调试电路设计
  • 2.4 系统整合
  • 第三章 系统的软件设计
  • 3.1 系统软件设计的结构和组成部分
  • 3.2 C8051F320 数据采集板固件程序设计
  • 3.2.1 USB 接口数据传输程序设计
  • 3.2.2 UART 子程序
  • 3.3 系统上位机USB 驱动程序设计
  • 3.4 系统上位机应用程序设计
  • 3.4.1 对USB 设备的访问
  • 3.4.2 经纬仪数据子程序
  • 3.4.3 数据处理子程序
  • 3.4.4 频率变换子程序
  • 第四章 系统的抗干扰措施
  • 4.1 硬件设计的抗干扰措施
  • 4.2 软件抗干扰措施
  • 第五章 系统调试和误差分析
  • 5.1 硬件调试
  • 5.2 软件调试
  • 5.3 系统误差分析
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 系统实物图
  • 附录B CC1020 无线数传模块原理图
  • 附录C C8051F320 数据采集板原理图
  • 附录D C8051F320 数据采集板PCB 图
  • 作者简介
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