專利名稱：氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置，屬于以文字及聲音方式向公眾報告天氣實況的自動化儀器。
目前，在氣象實況答訊系統(tǒng)管理121氣象服務臺中均采用人工觀測與分析數(shù)據(jù)，然后輸入微機進行語音合成的方法。主要問題是觀測人員工作量大、反映天氣變化不及時、精確度受人為影響較大。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，應用微處理機實現(xiàn)非人為干涉下的氣象實況數(shù)據(jù)的自動采集、處理、語音合成與答訊和LED大屏障顯示，從而達到降低勞動強度、以文字和語言的方式快速而準確無誤地反映天氣變化的目的而提供一種氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的由實況數(shù)據(jù)自動采集、語音合成播放、字幕顯示三部分組成，其中實況數(shù)據(jù)自動采集由翻斗式遙測雨量計，風向風速傳感器、溫度、濕度傳感器，LED數(shù)碼顯示器構成，語音合成播放由語音卡、80X86微機構成，字幕顯示由大屏幕LED顯示屏構成，其結構要點是實況數(shù)據(jù)采集部分的溫度傳感器的輸出端通過電阻、電位器與多路開關相連，濕度傳感器的輸出端與放大器U5及電位器RP2相連，構成溫、濕度接口電路；由三位半積分型A/D芯片U1構成轉換電路，集成電路U4是多路開關，U1的20、21、22、23、19、18、17、16、9、14腳依次與微型處理器的1、2、3、4、5、6、7、8、14腳相連，其1腳與U3的3腳相連，3腳與U4的3腳相連，U4的10、11腳與微處理機的15、16腳相連構成多路開關、A/D轉換電路；由U6A、電阻R10、電容C6構成降水量接口與翻斗式遙測雨量計相接，其中U6A與二極管VD4、電阻R7、電容C5相連接構成單穩(wěn)態(tài)電路；由集成電路U6B、U7A、U7B、U7C構成風速測量接口與氣象部門專用的EL型電接風向風速計相接；由集成電路DU1-6構成靜態(tài)LED顯示接口，其中數(shù)碼顯示器4位LED依次與DU2、DU3、DU4、DU5相連，9只LED與微處理機的P0端相連，用于指示16個方位風向的8只LED環(huán)形設置；由三極管VT1、VT2構成具有RS-232特性的串行口電路，與微處理機的RXD、TXD端相連；由集成電路PU3、電瓶構成備用電源，與電源電路的集成電路PU2、PU1、PU4一起構成電源電路。
與現(xiàn)有技術相比，在氣象實況數(shù)據(jù)采集的實際應用中，具有諸多優(yōu)點1、采集的周期最短可由軟件設定為30秒，能迅速地向用戶提供天氣變化過程，這是以往人工觀測無法做到的；2、由于自動而頻繁的數(shù)據(jù)采集和分析處理，輸出的氣溫，最高、最低氣溫，濕度，風向風速，最大風速，降水量等氣象要素更加真實準確；3、采用串行數(shù)據(jù)輸入輸出方式在1KM(有線)或5KM(無線)距離內能滿足正確收發(fā)數(shù)據(jù)的要求，簡化了設備安裝過程；4、降水量和風向風速接口一改過去的傳統(tǒng)模式，不僅可直接并接在氣象觀測場中已有的遙測式雨量計和電接風向風速計上，而且具有互換性，大大降低了安裝使用成本，而且使風速測量的分辨率由0.3m/s提高到0.1m/s；5、由于以語言的方式通過電話線路和以文字的方式直接向社會公眾報告專業(yè)觀測場氣象要素，因而具有實時、快速、準確、服務范圍廣和實用性強等優(yōu)點。
附圖圖面說明

圖1是本實用新型結構框圖。
圖2是本實用新型溫、濕度傳感器接口電原理圖。
圖3是本實用新型多路開關、A/D轉換及微處理機電原理圖。
圖4是本實用新型風向、風速、雨量和串行接口電原理圖。
圖5是本實用新型LED顯示器電原理圖。
圖6是本實用新型電源電路圖。
圖7是本實用新型顯示屏主控制部分電原理圖。
以下結合附圖及實施例詳述本實用新型。本實用新型由實況自動采集、語音合成播放、字幕顯示器組成。實況自動采集部分的連接結構是翻斗式遙測雨量計與阻抗變換、濾波及消抖動電路相連，風向風速傳感器與整形、緩沖放大、波形轉換電路相連，溫度、濕度傳感器與放大、多路切換及A/D轉換電路相連，阻抗變換、濾波及消斗與單片微處理機相連，整形、緩沖放大、波波形轉換電路與單片微處理機相連，放大、多路切換及A/D轉換電路與單片微處理機相連，單片微處理機與數(shù)碼顯示器、備用電池、RS-232串行口相連。翻斗式遙測雨量計、風向風速傳感器、溫度、濕度傳感器為現(xiàn)有技術。為了與氣象觀測規(guī)范和觀測設施接軌，實現(xiàn)框圖的電路功能，本實用新型設計了數(shù)種傳感器及相應的接口電路。1、溫度傳感器及接口電路如圖2。為滿足觀測場到觀測室遠距離信號傳輸?shù)囊?，采用電流型集成溫度傳感器AD590，其輸出端與電阻R24、R23、電位器RP1相連，電流型集成溫度傳感器AD590輸出電流由RP1、R23、R24轉換為電壓。它的設置目的是提高工作的穩(wěn)定性和降低溫漂，多圈精密電位器RP1的作用是精確修正由AD590輸入的電壓，進而提高工藝性和達到較高的測溫精度。2、濕度傳感器及接口電路如圖2。為了滿足要0-10％RH的測量范圍，儀器使用高分子薄膜濕敏電容型傳感器。U5是低溫漂型精密運算放大器0P07，電位器RP2用于調節(jié)U5的增益，使之與實際濕度相符。
3、多路開關及A/D轉換器接放大器口如圖3。為了簡化電路，用一只MC14433U1三位半積分型A/D芯片，它的20、21、22、23、19、18、17、16、9、14依次與微處理機的1、2、3、4、5、6、7、8、14相連接，其3腳與U4的3腳相連。A/D芯片轉換經多路開關U4CD4051切換后的為溫、濕度信號和電瓶電壓信號。U4的10、11腳與微處理機15、16腳相連，其13腳為0通道，14腳為1通道，15腳為2通道。U3MC1403的作用是為U1提供良好的電壓基準。以確保所需的精度和分辨率。微處理機U2采用AT89C51型。它具有32條I/0線，128字節(jié)RAM和解4K字節(jié)閃變ROM，可處理5個中斷源，從而簡化了儀器的結構。在設計中，外部中斷0用于計量風速，外部中斷1用于計量降水，定時器0用作實時鐘。定時器1和串行口用于通訊。因為溫、濕度變化緩慢，以30秒間隔抽樣采集，而風速、風向和降水量則采用中斷方式且具有最高的中斷級別，以防止任何數(shù)據(jù)的漏采。為使該部分能獨立作為氣象觀測儀器及與微機、顯示屏聯(lián)合應用時減少串行傳輸?shù)臅r間，微處理機對氣象數(shù)據(jù)進行了平均計算、極限參數(shù)比較等處理，結果的顯示模式可由面板控制按鈕S1、S2選擇。微處理機的17腳接有三極管VT3，VT3的發(fā)射級與揚聲器SP相連，23-28腳為P2斷，32--39腳為P0端。
4、翻斗式遙測雨量計接口如圖4。由U6A、等構成降水量接口與現(xiàn)有的翻斗式遙測雨量計相連接。其中電阻R10、電容C6為消除外界感應雜波的干擾而設置。與U6A的3腳相連接。由U6A、二極管VD4、電阻R7、電容C5接成單穩(wěn)態(tài)電路，用于消除翻斗式遙測雨量計中干簧管通斷時的抖動，使計數(shù)準確無誤。測量精度取決于翻斗式遙測雨量計，它的2腳接微處理機的INT1。
5、EL型電接風向風速計接口如圖4。由U6B、U7A、U7B、U7C等構成風速測量接口與氣象領域廣為應用的EL型電接風向風速計相接。當前使用的風速測量方法是根據(jù)風速計10分鐘內產生的脈沖數(shù)測定平均風速、根據(jù)風速計中同步發(fā)電機產生的電流用模擬電流表間接顯示陣風風速，缺點是平均風速的分辨率只有0.3m/s，而且風速計與觀測儀表須配對使用，無互換性。本儀器的感應接口則不同，它是通過微處理機將同步發(fā)電機正弦波周期的變化直接轉換為風速，分辨率高達0.1m/s。其中U7A與電阻R12、電容C11相連，R12、C11構成簡單有效的整形限幅電路。它頂作用是，(1)、可濾出一些舊風速計因軸承老化造成的干擾雜波；(2)、可使不同風速下的波幅趨于一致；(3)、與起緩沖作用的跟隨器U7A一起提高接口的輸入阻抗，便于與觀測場中風速計并接而不影響原有觀測效果。U7B的負端與電阻R14、電容C10相連與U7A相連，其作用是對正弦波放大。U7C是比較器與U7B相連其輸出端與U6B相連。U6B是單穩(wěn)態(tài)電路，作用是進一步濾除干擾和消抖，它的確12腳與微處理機U2的INTO端相連。風向方位信號直接進入微處理機P0口，軟件處理過程是通過分析一定時間內的最多風向數(shù)來判定最終風向，免除了人工觀測粗糙、主觀、不準確的缺點。
6、串行接口如圖4。由三極管VT1、VT2二極管VD1、VD2等構成具有RS-232特性的串行口電路。其中VD1的集電極與電阻R1相連與微處理機的RXD端相連，基極與VD2、VD1電阻R2、R3電容C14相連，與VT2的集電極相連，VT2的基極與電阻R4、R5相連，與VT1的發(fā)射極相聯(lián)構成電回路，與微處理機的TXD端相連。這一接口的設置目的一是為了氣象數(shù)據(jù)采集部分與微機的連接，二是將連接復雜的傳感器輸入線局限在氣象數(shù)據(jù)采集部分，從而易于用簡單的設備或導線實現(xiàn)采集部分與語音合成部分、大屏幕顯示屏的遠距離傳輸。
7、顯示接口如圖5。由DU1-6等構成靜態(tài)LED顯示接口。DU1-6為串行輸入并行輸出移位寄存器74HC164，4位LED與DU2、DU3、DU4、DU5連接，LED位數(shù)碼顯示器用之于顯示數(shù)據(jù)。9只LED中的7只與DU6相連接，兩只與三極管8050相連接，其基極與微處理機的P0端相連。它們由微機的軟件控制輪回點亮，分別代表“當前時間”、“當前溫度”、“當前濕度”、“當前風速”、“降水量”、“最高溫度”、“最低溫度”、“最大風速”及其發(fā)生時間；另外用于指示16個方位風向的8只LED排成環(huán)形，8只LED的W與DU1的確0腳相連，NW與LED的11腳相連，SW與DU1的6腳相聯(lián)連，N與DU1的12腳相連，S與DU1的5腳相連，SE與DU1的4腳相連，NE與DU1的13腳相連，E與DU1的3腳相連。
8、電源電路如圖6。為降低電源干擾，+5V主電源由模擬穩(wěn)壓集成電路PU2提供，正電源經集成電路PU4、電容PC5、二極管PVD1、PVD3等開關反相和PU1模擬穩(wěn)壓后，獲得-5V輔助電源。本裝置設置了備用電源和智能化備用電源接口。其中備用電源電路由集成電路PU3、電瓶BAT組成，U3與微處理機的P2端相連，電瓶與微處理機的4051相連。在軟件設計中，微處理機定時經4051、MC14433對電瓶電壓進行檢測，當其超過13.5-13.8V時，由PU3切斷充電回路，市電切斷后轉由電瓶經二極管PVD2供電，當電瓶電壓低于10.5V時，表示已開始過放電，微處理機啟動蜂鳴器報警。本接口結構簡單、功能完備，與使用UPS相比，可大大提高電瓶的工作效率和使用壽命，同時明顯降低了安裝與使用成本。
本實用新型的第二部分是語音合成與答詢部分。本部分采用成品語音卡和80X86微機，其軟件的工作流程如下微機以一定時間間隔(例如可由軟件設定為1分鐘至數(shù)小時)經串口向自動采集部分發(fā)送微機當前的系統(tǒng)時間，使兩者與時鐘一致；隨后接收自動采集部分傳來的當前氣溫、前24小時最高和最低氣溫及發(fā)生時間、當前濕度、當前風向風速、前24小時最大風速及發(fā)生時間、前24小時降水量等各項氣象要素；CPU根據(jù)氣象觀測和報告規(guī)范將其與硬盤內置的語音庫合成為語音數(shù)據(jù)，例如，風向“北東北”報告為偏北風，風速被轉換為“X級”的方式，溫、濕度均取整數(shù)，自動采集部分以20點作為氣象觀測日界，而語音合成以0點為日界；合成后的氣象實況語音數(shù)據(jù)被送至語音卡，當有電話撥通時，語音數(shù)據(jù)經D/A轉換形成信號并送至語音卡的電話線路接口，將此段語音撥送出去，從而完成氣象實況的自動答訊過程。為便于氣象工作者會商天氣，前24小時各項氣象要素還可以曲線圖形方式在微機顯示器列出。
本實用新型的第三部分是LED顯示屏。它接收自動采集部分傳來的各氣象要素，在顯示屏內由微處理機轉換成文字格式，以滾動的方式顯示，適用于會議室、調度室及其它公共場所。其主控電路如圖7。其中U1是單片微機80C31，程序及字庫放在27C64/27C256U2中，6116/6264/62256U3用作顯示緩沖。8031通過VT1、VT2等接收氣象實況數(shù)據(jù)，與字庫數(shù)據(jù)合成為漢字點陣并送入顯示緩沖區(qū)。由集成電路U10向顯示屏輸出列信號，集成電路U9輸出行信號，集成電路U6、U7輸出地址選片信號，其刷新頻率達到每秒鐘50屏以上，保證了字幕無閃爍感。
權利要求1.一種氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置，由實況數(shù)據(jù)自動采集、語音合成播放、字幕顯示三部分組成，其中實況數(shù)據(jù)自動采集由翻斗式遙測雨量計，風向風速傳感器、溫度、濕度傳感器，LED數(shù)碼顯示器構成，語音合成播放由語音卡、80X86微機構成，字幕顯示由大屏幕LED顯示屏構成，其特征在于a、實況數(shù)據(jù)采集部分的溫度傳感器的輸出端通過電阻、電位器與多路開關相連，濕度傳感器的輸出端與放大器U5及電位器RP2相連，構成溫、濕度接口電路；b、由三位半積分型A/D芯片U1構成轉換電路，集成電路U4是多路開關電路，其中之一U1的20、21、22、23、19、18、17、16、9、14腳依次與微型處理器的確1、2、3、4、5、6、7、8、14腳相連，其1腳與U3的3腳相連，3腳與U4的3腳相連，U4的10、11腳與微處理機的15、16腳相連構成多路開關、A/D轉換電路；c、由U6A、電阻R10、電容C6構成降水量接口與翻斗式遙測雨量計相接，其中U6A與二極管VD4、電阻R7、電容C5相連接構成單穩(wěn)態(tài)電路；d、由集成電路U6B、U7A、U7B、U7C構成風速測量接口與氣象部門專用的EL型電接風向風速計相接；e、由集成電路DU1-6構成靜態(tài)LED顯示接口，其中數(shù)碼顯示器4位LED依次與DU2、DU3、DU4、DU5相連，9只LED與微處理機的P0端相連，用于指示16個方位風向的8只LED環(huán)形設置；f、由三極管VT1、VT2構成具有RS-232特性的串行口電路，與微處理機的RXD、TXD端相連；g、由集成電路PU3、電瓶構成備用電源，與集成電路PU2、PU1、PU4一起構成電源電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置，其特征在于，所述的微處理機采用AT89C51型單片機。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置，其特征在于，溫度傳感器為電流型集成溫度傳感器，濕度傳感器U5是低溫漂型精密運算放大器0P07。
4.根據(jù)權利要求1所述的氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置，其特征在于，風速測量接口的U7A是跟隨器與正弦波放大器U7B相連，U7B與比較器U7C相連，U7C與單穩(wěn)態(tài)電路U6B相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置，其特征在于，串行接口電路的三極管VT1的集電極與微處理機的RXD端相連，VT2的基極與微處理機的TXD端相連。
專利摘要本實用新型涉及一種氣象數(shù)據(jù)自動采集播放裝置,由實況數(shù)據(jù)自動采集、語音合成播放、字幕顯示三部分組成。溫度傳感器的輸出端及濕度傳感器的輸出端與多路開關相連,構成溫、濕度接口電路;由三位半積分型A/D芯片U
文檔編號G01W1/00GK2339997SQ9824164
公開日1999年9月22日 申請日期1998年10月21日 優(yōu)先權日1998年10月21日
發(fā)明者李亞平, 宮全勝, 趙開仲, 趙井旺, 許紅權 申請人:唐山市氣象科技開發(fā)研究所