摘要： 針對大氣參數測量的要求與測量方法，結合DSP 的工作原理，研究了DSP 在大氣參數測量系統的應用。提出了一種測量大氣參數的設計，通過硬件設計和軟件設計，結合DSP 開發調試環境，設計出能測量風向、風速、大氣溫度、大氣濕度和大氣氣壓等大氣參數的小型氣象站。通過對設計的樣機進行測試，在大氣參數的測量范圍、分辨率和精度方面基本滿足小型氣象站的要求。由于DSP 自身的優點，使得設計的小型氣象站還具有便攜性、功耗低、實時測量和抗干擾能力強等特點。
　　0 引言
　　用來進行大氣參數測量的小型氣象站廣泛應用于氣象服務、大氣實驗、通信和農業等領域，測量的大氣參數主要包括風速、風向、大氣濕度、大氣溫度和大氣壓力等。由于大氣參數的自身特點，使得小型氣象站在便于攜帶、實時測量、功耗和抗干擾能力等方面的有較高的要求。在數字信號處理器（ digital signal processor，DSP） 出現之前，小型氣象站主要是以MCS—51 單片機為核心的數據采集和處理系統，面對大量的氣象數據，單片機數據快速處理能力的不足暴露了出來，而DSP 因為其自身的硬件結構使得它能夠快速進行數據處理，彌補了單片機的不足。基于DSP 的小型氣象站是結合了DSP 的工作原理、大氣參數的測量方法和小型氣象站的自身特點而提出的一種新設計，能夠進行大氣參數的實時測量，并具有了功耗低、便攜性好和抗干擾能力強的特點。
　　1 氣象站工作原理和硬件框圖
　　進行大氣參數測量的氣象站主要由傳感器、信號調理電路、DSP 系統和電源模塊4 部分組成，如圖1 所示。
　　
　　由于所測的大氣參數都是非電量，而測量結果是建立在對電信號進行處理得到，所以，在氣象站中針對每一個大氣參數都采用了相應的傳感器進行非電量到電量的轉換。
　　傳感器的輸出因為其工作原理不同而不同，本文根據實際選擇的傳感器設計了不同的信號調理電路，對傳感器的輸出有針對性的進行濾波，I /V 變換，脈沖穩幅和電壓放大等不同形式的調理，使得傳感器的輸出經信號調理電路之后滿足DSP芯片上A / D轉換器的輸入模擬電壓的范圍或者I /O 端口的電平要求。
　　DSP 系統由DSP 芯片，DSP 外圍復位電路、振蕩電路、復位電路和串行通信口組成。DSP 系統主要進行模擬量輸入通道選擇，A/D 轉換，信號處理，對氣象站其他組成部分的控制以及和上位機進行串行通信。
　　電源模塊為DSP 系統和氣象站其他組成部分提供穩定的直流電壓。
　　2 傳感器與信號調理電路
　　2．1 風速傳感器與信號調理電路
　　風速反映了大氣的流動程度，具有很大的隨機性。小型氣象站常用于測量近地面風速，測量范圍為1～ 60 m/s，分辨率為0． 5 m/s，精度為± 5 %。根據風速測量的特點和要求，本文選用了紅外光電開關式風速傳感器和脈沖幅值穩定調理電路來實現把風速轉換成單位時間脈沖輸出個數的任務，原理圖如圖2 所示。
　　
　　在距離風輪中心為r 的位置刻有一個遮光塊，在風帶動風輪以中心軸線為中心旋轉時，風輪每旋轉一周，遮光塊經過紅外光源和紅外探測器所在的水平線上一次。當遮光塊經過紅外光源和紅外探測器所在的水平線時，紅外光源發出的光被遮光塊阻擋，不能照射在紅外探測器上，紅外探測器輸出一個脈沖電流，風速v 與單位時間內電流脈沖個數N 呈正比關系。
　　信號調理電路把紅外探測器輸出的微弱電流進行放大后進行I /V 變換，然后，再對電壓脈沖的幅值進行穩幅處理后送入DSP 系統，進行數據處理。
　　2．2 風向傳感器與信號調理電路
　　在風向測量中，采用了精密電位器式傳感器把風向變化轉換成電阻變化，電阻與風向滿足正比例關系，然后，經過直流四臂電橋轉換電路再把電阻變化轉換成電壓變化，由于電壓比較小，所以，還需要利用放大電路放大到A/D轉換器所能分辨的電壓范圍，然后，經多路選擇器后進入A/D 轉換器實現模數轉換，轉換后的結果進入DSP 系統。