基于DSP的小型气象站的硬件设计

本设计选用了瑞士Rotronic 公司型号为HygroClip s 3的空气温湿度传感器。该温湿度传感器内部集成了铂电阻温度传感器和电容式湿度传感器。温度测量范围为－ 40～60℃，精度为± 0． 3 ℃; 相对湿度测量范围为0 %～100 %RH，精度为± 1． 5 % RH，温湿度传感器采用+ 5 V 直流电源供电，在温湿度测量范围内可以输出0～ 1 V 的模拟电压。温湿度测量原理框图如图4 所示。

　2．4 大气压力传感器与信号调理电路

在小型气象站中，大气压力的测量范围为800 ～1 080 hPa，分辨率为0． 1 hPa，精度为± 1． 0 hPa。本设计选用了电容式大气压力传感器CS106 实现把大气压力转换成电压输出。CS106 传感器是Vaisala 公司的硅电容大气压力传感器。大气压力测量原理框图如图5 所示。

　　3 DSP 系统

　　DSP 系统主要由DSP 芯片，按键电路、复位电路、晶振电路和串行通信电路组成。

　　3． 1 DSP 芯片选型

　　在气象站中，DSP 的主要作用是数据采集、通道选择和模数转换、数据分析、结果显示及系统控制。本文根据应用要求和DSP 芯片特点选用了美国TI 公司的型号为TMS320LF2402A 的DSP 芯片，该DSP 芯片采用了CMOS 工艺，供电电压仅为3． 3 V，减小了系统功耗; 片内有32 k 字的FLASH ROM，1 ． 5 k 字的RAM; 看门狗定时器; 8 通道的10位A/D 转换器，转换时间为375 ns; 2 个16 位通用定时器和串行通信接口等片上外围电路。

　　3．2 电源电路、复位电路和时钟电路

　　DSP 系统电源电路、复位电路和时钟电路原理图如图6所示。

TMS320LF2402A 工作时的内核电压和I /O 缓冲器电压都为3． 3 V，本设计采用了TI 公司的TPS7333 电路转换芯片，把由电源模块提供的5 V 电压转换成3． 3 V。另外，结合TPS7333 具有的上电复位功能，设计了DSP 芯片的复位电路。设计了外部时钟电路，采用频率为20 MHz 的有源石英晶体振荡器，结合内部锁相环进行二倍频之后为DSP芯片提供40 MHz 的时钟信号。

　　3．3 串行通信接口电路

　　TMS320LF2402A 片内有SCI 串行口，可以方便地与计算机上的RS-232 串行口连接进行通信，把测量结果显示在上位机上。由于PC 机的RS-232C 电平与DSP 的TTL 电平不一致，就必须在两者之间进行电平和逻辑关系的变换。

　　本设计采用MAXIM 公司的MAX232 实现两者间的转换，电路原理图如图7 所示。

　　4 实验结果

　　通过硬件设计和软件设计，制成了小型气象站样机，实验之后的结果如表1 所示。

　　根据实验结果可以发现，该小型气象站基本满足野外大气实验大气参数测量的要求。

　　5 结论

　　本设计根据大气参数的测量要求和测量方法，结合DSP 的工作原理，设计了一个小型气象站的硬件系统，实验结果表明: 该系统满足大气测量的基本要求，可以作为一个小型气象站使用。