简易气象监测系统硬件系统设计(附件)
随着全球经济的快速发展，气象在人们的生产生活中扮演着越来越重要的角色。通过气象预报，人们可以提前知道天气状况，及时规划好自己的出行和穿着；通过气象预报，交通部门可以提前告知人们的出行和更改路线；通过气象预报，生产厂家可以根据气象条件合理地制定生产计划。因此为了更好的服务于人类，我们需要加强对于气象的监测，简易气象监测装置由此运应而生。本次设计基于单片机系统，运用传感器技术收集所需监测的温湿度和风速的数据，然后由单片机处理后通过无线模块传输给远程接收端，而远程接收端再次经过单片机处理数据之后，通过显示屏将数据直观的呈现出来，以供监测人员实时查看。关键词 气象监测，单片机，传感器，无线收发，显示屏目 录
1 引言 1
1.1 无线气象监测装置的优势 1
1.2 无线气象监测装置的意义 1
2 主要器件介绍 2
2.1 STC89C52单片机 2
2.2 DHT11 6
2.3 nRF24L01 7
2.4 DS1302数字时钟模块 8
2.5 液晶显示屏LCD12864 9
3 各部分电路局部说明 10
3.1 发射端 11
3.2 接收端 24
4 Altium Designer介绍及焊接知识简介 28
4.1 软件介绍 28
4.2 焊接知识简介 32
5 软硬件联调 36
5.1 故障排除方法 36
5.2 调试现象 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录A 41
附录B 42
1 引言
随着科学技术的进步，气象对人们生产生活所产生的影响越来越大。从基本的刮风下雨，到PM2.5以及雾霾的监测，都离不开天气预报，而天气预报的信息来自于遍布各地的气象站。随着电子信息技术和无线通信的发展，使用无线通信技术的气象监测装置已编程现在的主流。其中，对于温湿度和风速的监测则最为普遍。自动气象监测站是由电子仪表和计算机来进行控制，自动进行气象监测以及信息收集及传送，一般是由传感器、
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随着科学技术的进步，气象对人们生产生活所产生的影响越来越大。从基本的刮风下雨，到PM2.5以及雾霾的监测，都离不开天气预报，而天气预报的信息来自于遍布各地的气象站。随着电子信息技术和无线通信的发展，使用无线通信技术的气象监测装置已编程现在的主流。其中，对于温湿度和风速的监测则最为普遍。自动气象监测站是由电子仪表和计算机来进行控制，自动进行气象监测以及信息收集及传送，一般是由传感器、转换器、数据处理运算装置、资料接收发送装置、电源等部分组成。
1.1 无线气象监测装置的优势
无线气象监测装置的利用可提高普通气象监测时的时间和空间分布，改善监测质量和可信度，保证监测的对比要求，控制监测设备成本，改善监测时的条件。利用单片机制成的无线气象监测装置具有灵活性高，体积小巧，能适应高纬度，高海拔等恶劣环境的特点，为无线气象监测站的普及提供了技术基础。而无线通信拥有铺建速度快、方便、不受地区环境限制等优点，尤其是无线独有的移动特性，是区别于有线通信最大的特点。这使得无线数据通信除能够弥补有线通信的短处外，还可以为数据接收用户提供更为便捷的高质量的服务，即移动不中断数据通信[1]。当无线通信运用到现在的气象监测系统中时，不仅能够提升气象数据传输的实时性和高效性，而且能够解决较为偏僻地区的气象监测装置日常运行的问题。自动气象监测装置还能够适应不同地理条件下纷繁复杂的气候特点，为人类实时掌控全球气象以及气候特征提供了便捷。
1.2 无线气象监测装置的意义
(1)灾害的预警和控制方面。我国是全世界中气象类灾害最为多发以及频率发生最高的国家之一，其中灾害类型很多，分布的区域广泛，发生的频率很高，灾害造就的损失严重。为了提高灾害预警机制以及尽可能减少气象灾害造成的经济损失，并且加强应对突发性的公共事件的能力以及保障人们的正常的生产生活，我们国家急切需要提高对于自然气象灾害的超越时空，多维度，全系统的监测，提升应对自然气象灾害的监测与防范能力[2]。
(2)在关注全球气候变化方面。全球气候以及气候的变化会极大的影响人类生产生活的空间范围和条件因素，不仅涉及到经济环境，还极大的约束人类科学的进步。为了加强对于气候变化过程和深刻的对于气候的认识，推动气候变化的综合影响范围的评估工作，减轻或过滤掉相关气候条件变化的不确定因素，加强对于全球气候变化以及极端气候天气的预防和应对能力，提升对于气候条件变化的合理预估，及时采取应对措施来减少气候变化所带来的各种影响，并且在世界各地建立基础的气象监测装置对全球气候展开实时，高精度，高频率的监测，这需要世界人民的共同努力，也需要各国投入大量的人力，物力来共同实现[3]。
(3)在基础设施建设方面。我国正在全面加速建设更高水平的小康社会，经济的高速发展使得我们需要做好很多基础设施的准备工作，而气候环境对于各行各业的影响是非常的大的，尤其是对于气候敏感行业。因此，在经济全球化的今天，政府和个人都需要及时的掌控气象信息，以服务整体的经济环境。
2 主要器件介绍
2.1 STC89C52单片机
微控制器是指一个小型的，能够集成在一整块芯片或板子上的内容充实的无操作系统的计算机。虽然它的绝大部分硬件集成在一块小小的芯片上，但是它却拥有计算机运行所需要的全部模块，如中央处理器，存储器以及各个部分的I/O口[4]。并且，随着集成化技术的快速发展，它还会拥有外存，而且，还会集成传感器，控制器，电机，时钟等外部功能。甚至更为夸张的是，如今功能最为复杂的的单片机能够把声音、图像、网络、以及很是复杂的数据传输系统集成在一块芯片上，可谓是无所不能。而我们此次设计所用到的STC89C52微控制器是STC公司研发的一类性能卓越，耗能很小的CMOS8位微型单片机控制器，具备 8KB的整体可以编程的Flash存储器[5]。STC89C52单片机运用了之前的MCS-51的内核，并且增添了很多功能，使这个单片机应有了很多以前的单片机没有办法实现的一些功能。
STC89C52单片机系统功能介绍
图2-1 单片机基本组成
图2-2 基本型80C51单片机内部结构
(1)单片机标准功用：配备了8KB的闪存，配置了512B的RAM内存，拥有4x8 位输入/输出端口，看门狗定时即时的功能，内部放置了4KB的EEPROM，拥有MAX810芯片的下载和复位电路，并且还有3个16 位的定时，计数器，包括了4个外部的中断，还有一个7向量的4级中断结构，同时也是全双工的串行口。此外，STC89C52微控制器还可以把频率下降到0Hz 实施静态的逻辑操
1 引言 1
1.1 无线气象监测装置的优势 1
1.2 无线气象监测装置的意义 1
2 主要器件介绍 2
2.1 STC89C52单片机 2
2.2 DHT11 6
2.3 nRF24L01 7
2.4 DS1302数字时钟模块 8
2.5 液晶显示屏LCD12864 9
3 各部分电路局部说明 10
3.1 发射端 11
3.2 接收端 24
4 Altium Designer介绍及焊接知识简介 28
4.1 软件介绍 28
4.2 焊接知识简介 32
5 软硬件联调 36
5.1 故障排除方法 36
5.2 调试现象 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录A 41
附录B 42
1 引言
随着科学技术的进步，气象对人们生产生活所产生的影响越来越大。从基本的刮风下雨，到PM2.5以及雾霾的监测，都离不开天气预报，而天气预报的信息来自于遍布各地的气象站。随着电子信息技术和无线通信的发展，使用无线通信技术的气象监测装置已编程现在的主流。其中，对于温湿度和风速的监测则最为普遍。自动气象监测站是由电子仪表和计算机来进行控制，自动进行气象监测以及信息收集及传送，一般是由传感器、
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
随着科学技术的进步，气象对人们生产生活所产生的影响越来越大。从基本的刮风下雨，到PM2.5以及雾霾的监测，都离不开天气预报，而天气预报的信息来自于遍布各地的气象站。随着电子信息技术和无线通信的发展，使用无线通信技术的气象监测装置已编程现在的主流。其中，对于温湿度和风速的监测则最为普遍。自动气象监测站是由电子仪表和计算机来进行控制，自动进行气象监测以及信息收集及传送，一般是由传感器、转换器、数据处理运算装置、资料接收发送装置、电源等部分组成。
1.1 无线气象监测装置的优势
无线气象监测装置的利用可提高普通气象监测时的时间和空间分布，改善监测质量和可信度，保证监测的对比要求，控制监测设备成本，改善监测时的条件。利用单片机制成的无线气象监测装置具有灵活性高，体积小巧，能适应高纬度，高海拔等恶劣环境的特点，为无线气象监测站的普及提供了技术基础。而无线通信拥有铺建速度快、方便、不受地区环境限制等优点，尤其是无线独有的移动特性，是区别于有线通信最大的特点。这使得无线数据通信除能够弥补有线通信的短处外，还可以为数据接收用户提供更为便捷的高质量的服务，即移动不中断数据通信[1]。当无线通信运用到现在的气象监测系统中时，不仅能够提升气象数据传输的实时性和高效性，而且能够解决较为偏僻地区的气象监测装置日常运行的问题。自动气象监测装置还能够适应不同地理条件下纷繁复杂的气候特点，为人类实时掌控全球气象以及气候特征提供了便捷。
1.2 无线气象监测装置的意义
(1)灾害的预警和控制方面。我国是全世界中气象类灾害最为多发以及频率发生最高的国家之一，其中灾害类型很多，分布的区域广泛，发生的频率很高，灾害造就的损失严重。为了提高灾害预警机制以及尽可能减少气象灾害造成的经济损失，并且加强应对突发性的公共事件的能力以及保障人们的正常的生产生活，我们国家急切需要提高对于自然气象灾害的超越时空，多维度，全系统的监测，提升应对自然气象灾害的监测与防范能力[2]。
(2)在关注全球气候变化方面。全球气候以及气候的变化会极大的影响人类生产生活的空间范围和条件因素，不仅涉及到经济环境，还极大的约束人类科学的进步。为了加强对于气候变化过程和深刻的对于气候的认识，推动气候变化的综合影响范围的评估工作，减轻或过滤掉相关气候条件变化的不确定因素，加强对于全球气候变化以及极端气候天气的预防和应对能力，提升对于气候条件变化的合理预估，及时采取应对措施来减少气候变化所带来的各种影响，并且在世界各地建立基础的气象监测装置对全球气候展开实时，高精度，高频率的监测，这需要世界人民的共同努力，也需要各国投入大量的人力，物力来共同实现[3]。
(3)在基础设施建设方面。我国正在全面加速建设更高水平的小康社会，经济的高速发展使得我们需要做好很多基础设施的准备工作，而气候环境对于各行各业的影响是非常的大的，尤其是对于气候敏感行业。因此，在经济全球化的今天，政府和个人都需要及时的掌控气象信息，以服务整体的经济环境。
2 主要器件介绍
2.1 STC89C52单片机
微控制器是指一个小型的，能够集成在一整块芯片或板子上的内容充实的无操作系统的计算机。虽然它的绝大部分硬件集成在一块小小的芯片上，但是它却拥有计算机运行所需要的全部模块，如中央处理器，存储器以及各个部分的I/O口[4]。并且，随着集成化技术的快速发展，它还会拥有外存，而且，还会集成传感器，控制器，电机，时钟等外部功能。甚至更为夸张的是，如今功能最为复杂的的单片机能够把声音、图像、网络、以及很是复杂的数据传输系统集成在一块芯片上，可谓是无所不能。而我们此次设计所用到的STC89C52微控制器是STC公司研发的一类性能卓越，耗能很小的CMOS8位微型单片机控制器，具备 8KB的整体可以编程的Flash存储器[5]。STC89C52单片机运用了之前的MCS-51的内核，并且增添了很多功能，使这个单片机应有了很多以前的单片机没有办法实现的一些功能。
STC89C52单片机系统功能介绍
图2-1 单片机基本组成
图2-2 基本型80C51单片机内部结构
(1)单片机标准功用：配备了8KB的闪存，配置了512B的RAM内存，拥有4x8 位输入/输出端口，看门狗定时即时的功能，内部放置了4KB的EEPROM，拥有MAX810芯片的下载和复位电路，并且还有3个16 位的定时，计数器，包括了4个外部的中断，还有一个7向量的4级中断结构，同时也是全双工的串行口。此外，STC89C52微控制器还可以把频率下降到0Hz 实施静态的逻辑操
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