基于超聲波的微型化氣象站設(shè)計在艦船氣象監(jiān)測中的應(yīng)用研究?

董天天，郝 曼，丁 晟，梅筱語，黃 乙，肖錢宇

(1.江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子學(xué)院，江蘇 無錫 214153；2.無錫學(xué)院自動化學(xué)院，江蘇 無錫 214105；3.常州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164)

隨著現(xiàn)代艦船的迅速發(fā)展，艦船氣象監(jiān)測日益成為一個關(guān)鍵的領(lǐng)域[1－2]。氣象數(shù)據(jù)的收集對于艦船的安全[3]和操作至關(guān)重要。海洋氣象探測技術(shù)手段包括艦船自動氣象站[4]、海島自動氣象站[5]和海上浮標(biāo)氣象站等[6－7]，這些探測技術(shù)主要依靠安裝在諸如艦船、島嶼和浮標(biāo)等平臺設(shè)施上的各種自動氣象站進(jìn)行各種氣象探測。對于艦船觀測平臺來說[8]，船舶頂甲板比較狹小并且需裝配各種設(shè)備，而傳統(tǒng)氣象監(jiān)測設(shè)備往往龐大且不易移動，這限制了在船上進(jìn)行實(shí)時氣象監(jiān)測。因此，設(shè)計一種微型化氣象站成為一個有意義的研究方向[9]。

其中，風(fēng)速風(fēng)向傳感器在艦船上測風(fēng)有嚴(yán)格要求[10－12]，為了保護(hù)儀器免受強(qiáng)風(fēng)、雨雪的影響，需考慮傳感器的材質(zhì)和使用壽命，而傳統(tǒng)三杯式風(fēng)速風(fēng)向儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了海上測量誤差不可避免[13－15]，長時間使用會導(dǎo)致傳感器磨損，影響儀器性能，并且容易受惡劣環(huán)境的影響。然而，超聲波的特性使其在船上進(jìn)行氣象監(jiān)測具有獨(dú)特的優(yōu)勢[16]，因?yàn)槠淇梢源┩杆F和降雨，并且可以在艱難的環(huán)境中工作[17－18]。

為了滿足海上復(fù)雜環(huán)境下氣象探測的需求，特別是對海上風(fēng)速、風(fēng)向測量，迫切需要開發(fā)具有高穩(wěn)定性、微型化、輕量化和高可靠性的新一代自動氣象站和氣象傳感器。針對海洋氣象探測中的一些問題，本文介紹了一款新一代自動氣象站和氣象傳感器，通過一體化設(shè)計、數(shù)字化傳感器、超聲波原理測量風(fēng)速風(fēng)向等技術(shù)手段，解決了傳統(tǒng)自動氣象站體積大、架設(shè)復(fù)雜、穩(wěn)定性和可靠性差等問題。該款自動氣象站可實(shí)現(xiàn)對六種氣象參數(shù)的測量，并可通過上位機(jī)顯示和存儲數(shù)據(jù)。同時，該氣象站采用抗干擾濾波措施，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性，通過使用基于超聲波的微型化氣象站，船員可以更好地了解航行路線的天氣條件，從而提高船舶的安全性和效率，適用于海上環(huán)境的長期在線監(jiān)測。

1 艦載氣象系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

整個系統(tǒng)主要包括電源電路、氣象傳感器電路、主控制單元、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)測試與試驗(yàn)分析，各部分之間的關(guān)系如圖2 所示。

圖2 技術(shù)路線圖

其中，氣象傳感器電路包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器電路、雨量傳感器電路、溫濕壓采集電路，實(shí)現(xiàn)對六要素數(shù)據(jù)的采集，將溫度、相對濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，并以數(shù)字的形式傳到主控制單元，輸出的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為RS232/RS485 信號，再經(jīng)過通訊線纜傳到上位機(jī)終端；通訊線纜是氣象傳感器和計算機(jī)終端間信息傳送的物理介質(zhì)，連接計算機(jī)端接口采用USB 接口，數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)后實(shí)時顯示和保存。最后對艦載自動站進(jìn)行試驗(yàn)測試，并結(jié)合對比自動氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電源電路

電源電路為自動氣象站系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，電壓的穩(wěn)定是自動氣象站系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作的重要前提。系統(tǒng)各模塊所需供電電壓情況如表1所示。

表1 主要模塊實(shí)際供電電壓 單位:V

從表1 可知，本設(shè)計涉及多路不同電壓值的電源，溫濕度傳感器SHT75、壓力傳感器MS5540C、STM32F103 均支持3.3 V 電壓，而超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器支持12 V 電壓，系統(tǒng)采用12V～36V 寬電源電壓輸入，因此需要將輸入電壓轉(zhuǎn)換成3.3 V、5 V和12 V。系統(tǒng)電源設(shè)計方案如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)電源設(shè)計方案

本設(shè)計選用LM317 穩(wěn)壓器進(jìn)行兩級降壓，第一級采用LM317 穩(wěn)壓器將電壓從12 V 降至5 V，然后再使用LM317 穩(wěn)壓器將電壓從5 V 降至3.3 V，為控制器及各傳感器電路模塊提供3.3 V 的電壓，保證各模塊穩(wěn)定工作，如圖4、圖5 所示。

圖4 5 V 電源設(shè)計方案

圖5 3.3 V 電源設(shè)計電路圖

2.2 傳感器電路

2.2.1 壓電式雨量傳感器

雨量傳感器采用壓電轉(zhuǎn)換原理設(shè)計，當(dāng)雨滴落到受力表面上時，壓電傳感器會產(chǎn)生壓力，在力的作用下，沿著表面形成與該力成比例的電荷信號，通過采集的電壓信號大小來計算傳感器的受力大小，然后計算出雨滴撞擊時具有的動量大小，就可以計算出當(dāng)前雨量，降雨強(qiáng)度等參數(shù)。

雨量傳感器包括鋼蓋、壓電傳感器、電荷放大器。電荷放大器電路包括電荷－電壓信號轉(zhuǎn)換電路、歸一化電路、低通濾波電路。電荷－電壓信號轉(zhuǎn)換電路由第一運(yùn)算放大器和電阻、電容并聯(lián)的反饋網(wǎng)絡(luò)組成，電容負(fù)反饋對于直流工作點(diǎn)相當(dāng)于開環(huán)，零漂很大，所以在電容兩端并聯(lián)反饋電阻，形成直流負(fù)反饋，減小零漂。

歸一化電路由第二運(yùn)算放大器和放大器反相端與輸出端連接的可變電阻器組成，調(diào)節(jié)可變電阻可使不同壓電傳感器輸出的電壓大小相同。電荷轉(zhuǎn)換電路中放大倍數(shù)的增大，不僅放大有用信號，也放大干擾信號，原始信號經(jīng)過傳輸、放大和變換后，會混入各種形式的噪聲，影響測量精度，低通濾波電路可補(bǔ)償壓電傳感器引起的高頻幅頻特性，該電路由兩個電阻、兩個電容構(gòu)成兩階RC 網(wǎng)絡(luò)和第三運(yùn)算放大器組成。經(jīng)過電荷放大器把電荷信號處理后形成的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，設(shè)計流程如圖6所示。

圖6 電路設(shè)計流程

濾波處理后的模擬信號經(jīng)過AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字采集，與處理器STM32 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器和第三運(yùn)算放大器由一片TL082 芯片運(yùn)算放大器構(gòu)成。這種測量方法比翻斗式、虹吸式等方法具有更高的精度、小體積、測量自動化、免維護(hù)等優(yōu)勢。

2.2.2 溫濕度傳感器

本設(shè)計采用SHT75 數(shù)字溫濕度傳感器采集溫度和濕度數(shù)據(jù)，傳感器在極其精確的濕度腔室內(nèi)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)以編程方式存在OTP 存儲器中，用于內(nèi)部信號校準(zhǔn)。兩線串行接口和內(nèi)部電壓調(diào)整使外圍系統(tǒng)集成變得快速和簡單，從而使傳感器在各種苛刻的應(yīng)用中便捷集成，并確保最佳性能。SHT75引腳接線與SHT71 相同，如圖7 所示。

圖7 SHT75 接線連接圖

SHT75 與處理器的連接，是通過STM32 的兩個I/O 口與傳感器SHT75 的SCK 引腳和DATA 引腳相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。為避免信號沖突，微處理器驅(qū)動DATA 在低電平，所以DATA 引腳上加上一個10 kΩ 的上拉電阻接至3.3V 電壓，將信號提拉至高電平，電源引腳(VDD、GND)之間加一個0.1 μF 的電容進(jìn)行濾波。該傳感器使用的2 線制通信，通信時序基本符合I2C 的通信時序，但與I2C 通信方式的通信協(xié)議不同。電路設(shè)計和PCB 布線如圖8所示。

圖8 SHT75 外圍電路圖

2.2.3 氣壓傳感器

氣壓測量采MS5540C 傳感器，首先把壓力傳感器輸出的未補(bǔ)償?shù)哪M電壓值轉(zhuǎn)換成16 位數(shù)字值，包括氣壓測量值和溫度測量值共兩個16 位的數(shù)字值，通過接口電路把16 位數(shù)字值輸出，然后處理器STM32 進(jìn)行補(bǔ)償計算，最終得出精確的結(jié)果。該傳感器具有低電壓，低功耗等特性，且?guī)ё詣訑嚯婇_關(guān)，具有極高的密封防護(hù)能力，可抵抗100 m 深水壓，適合海上使用。

氣壓傳感器MS5540C 供電電壓為2.2 V～3.6 V，與微處理器STM32 采用SPI 方式通信，由于MS5540C 需要32.768 kHz 的時鐘作為單獨(dú)的時鐘輸入，而STM32 提供的時鐘在寬范圍溫度下不能保證穩(wěn)定，因此設(shè)計了32.768 kHz 的有源晶振SG3030為其提供輸入源，電路設(shè)計如圖9 所示。

圖9 MS5540C 電路圖

2.2.4 超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器

超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器采用微處理器STM32F103RCT6 和中心頻率為200 kHz、探頭間距為15 cm 的超聲波換能器設(shè)計，控制器STM32 產(chǎn)生10 個200 kHz 的方波脈沖，經(jīng)過Boost 升壓電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射端發(fā)送信號。為了確保同一時刻只有一對超聲波探頭工作，STM32 定時器定時產(chǎn)生信號，循環(huán)驅(qū)動模擬開關(guān)控制換能器工作。波形發(fā)出后開啟定時器計時，相應(yīng)的接收端會接收到200 kHz的正弦波，對波形進(jìn)行放大處理，通過濾波器濾除噪聲和干擾，經(jīng)過峰值檢測模塊得到檢波信號，最后處理器測出時間，得出風(fēng)速和風(fēng)向值，硬件結(jié)構(gòu)如圖10 所示。

圖10 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 超聲波風(fēng)速風(fēng)向測量算法

與傳統(tǒng)機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀相比，超聲波測量風(fēng)速風(fēng)向的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，具有響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，它避免了傳統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向儀的機(jī)械磨損，延長了設(shè)備壽命和測量精度，降低了設(shè)備的維護(hù)成本，并且儀器具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，滿足海上氣象探測的要求。

3.1 時差測量法

風(fēng)速、風(fēng)向采用超聲波時差法測量，當(dāng)超聲波在空中傳播時，逆風(fēng)和順風(fēng)傳播之間存在速度差，當(dāng)傳播距離一定時，速度差反映為時間差，其與測量的風(fēng)速具有線性關(guān)系。對于接收和發(fā)射一體的超聲波傳感器，以一個特定的方向放置，并以固定頻率發(fā)射超聲波，通過測量超聲波在兩個方向上的到達(dá)時間，計算超聲波在順風(fēng)和逆風(fēng)下的傳播速度，經(jīng)過計算便可得到風(fēng)速值，采用兩組正交的探頭分別測量兩個相應(yīng)的風(fēng)速分量，合成后即可得到風(fēng)速。如圖11 所示。

圖11 超聲波測量風(fēng)速原理

當(dāng)超聲波傳播方向與風(fēng)向一致時，其傳播速度會更快，反之亦然，會降低超聲波的傳播速度。如圖11 所示，設(shè)超聲波探頭1 與探頭2 之間的間距為L，順風(fēng)和逆風(fēng)時超聲波傳播時間分別為t12和t21，風(fēng)速為v，無風(fēng)時超聲波傳播速度為c，則:

由式(1)和式(2)可以得到:

從式(3)可看出風(fēng)速v與c無關(guān)，避免了環(huán)境因素對風(fēng)速測量的影響。

風(fēng)向采用垂直放置的方法進(jìn)行測量，兩對接收發(fā)送一體的超聲波換能器彼此垂直放置，兩者相對呈180°且每對超聲波探頭之間的距離相同，安裝在同一水平面上，如圖12 所示，設(shè)兩對超聲波探頭距離均為L，X軸向的傳輸時間分別為t12和t21，Y軸向的傳輸時間分別為t34和t43，風(fēng)速為v，X軸向的風(fēng)速為vx，Y軸向的風(fēng)速為vy，超聲波傳播速度為c。根據(jù)式(3)可得:

圖12 垂直放置方法檢測原理

X軸方向的風(fēng)速:

Y軸方向的風(fēng)速:

風(fēng)速:

將X軸正方向設(shè)置為0°，按逆時針方向角度增加，則風(fēng)向:

化簡，求反函數(shù):

隨著風(fēng)向的變化，某時刻的風(fēng)向?yàn)?

3.2 真風(fēng)計算方法

艦船在行駛中，方向和位置會不斷改變，這對風(fēng)速風(fēng)向的測量產(chǎn)生影響。因此，在艦船航行氣象測量時，方向和位置的改變需要電子羅盤和GPS 傳感器對測量的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得出真風(fēng)數(shù)據(jù)，計算過程如圖13 所示。

圖13 真風(fēng)計算過程

超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器測量風(fēng)向值及風(fēng)速值，電子羅盤測量艦船行使方向與正北方向的夾角，通過計算得出真實(shí)風(fēng)向。GPS 測量艦船的航行速度，由于風(fēng)速為矢量，對艦船速度和超聲波傳感器測得風(fēng)速進(jìn)行分解及疊加，通過計算可以得出真實(shí)的風(fēng)速。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括應(yīng)用程序設(shè)計和上位機(jī)軟件設(shè)計，應(yīng)用程序設(shè)計主要包括氣象六要素傳感器的程序設(shè)計，實(shí)現(xiàn)傳感器對氣象六要素的數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及存儲。上位機(jī)軟件主要功能包括顯示和保存氣象六要素數(shù)據(jù)，有效地實(shí)現(xiàn)自動氣象站的數(shù)據(jù)實(shí)時顯示及存儲。

4.1 自動氣象站數(shù)據(jù)應(yīng)用程序設(shè)計

自動氣象站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度、氣壓、雨量、風(fēng)速、風(fēng)向氣象六要素的數(shù)據(jù)采集、處理、通信和顯示。應(yīng)用程序主要實(shí)現(xiàn)傳感器采集的數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的通信方式上傳到微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再將處理后的數(shù)據(jù)通過RS232 或RS485 發(fā)送到上位機(jī)軟件進(jìn)行顯示和存儲的功能。程序設(shè)計流程如圖14 所示。

圖14 程序設(shè)計流程圖

首先主控制器進(jìn)行自檢，喂看門狗，然后進(jìn)入主函數(shù)完成各個模塊的初始化設(shè)置；初始化完成后，進(jìn)入主循環(huán)，開始啟動各個模塊的采集程序，此時通過I/O 口發(fā)送一個下降沿到控制超聲波傳感器的從控制器，超聲波傳感器啟動；溫濕壓模塊以及雨量模塊開始采集氣象數(shù)據(jù)并上傳相應(yīng)的采集值，如果采集值有誤則程序跳轉(zhuǎn)到主循環(huán)開始，重新采集，采集完成后進(jìn)入等待，等待超聲波數(shù)據(jù)上傳，超聲波數(shù)據(jù)全部上傳完成，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行打包，通過串口通信發(fā)送給到上位機(jī)軟件。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計

該上位機(jī)系統(tǒng)的主要功能是接收自動氣象站下位機(jī)采集的六要素氣象數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)實(shí)時顯示并保存，供用戶查詢和監(jiān)測。上位機(jī)包括登錄界面和數(shù)據(jù)顯示界面，用戶通過登錄界面進(jìn)入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)接收顯示界面包括通信端口的初始化、儀器名稱的選擇、數(shù)據(jù)實(shí)時顯示、數(shù)據(jù)保存等模塊。

上位機(jī)通過無線數(shù)傳模塊與氣象要素探測系統(tǒng)通信，方便氣象要素的數(shù)據(jù)傳輸。界面內(nèi)容包括串口參數(shù)設(shè)置、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、時間信息、歷史數(shù)據(jù)查詢及各功能按鍵，實(shí)現(xiàn)對氣象要素數(shù)據(jù)的接收及顯示等功能。數(shù)據(jù)在界面上實(shí)時顯示，在傳感器數(shù)據(jù)接口實(shí)時顯示當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息，并通過曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，超過設(shè)定值預(yù)警指示燈提醒。數(shù)據(jù)采集界面如圖15 所示。

圖15 上位機(jī)界面

5 系統(tǒng)測試與分析

本文設(shè)計將壓電陶瓷傳感器安裝在鋼蓋中央，依次安裝雨量傳感器和超聲波傳感器四個探頭，傳感器安裝如圖16 所示。

圖16 傳感器安裝示意圖

雨量傳感器安裝在最上面，超聲波傳感器在雨量傳感器的下面，溫濕壓傳感器在超聲波傳感器下面的百葉內(nèi)，外殼組裝時，上下殼之間加一層防水圈，防止海水進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部對設(shè)備帶來的影響。最后固定百葉片。整機(jī)安裝如圖17 所示。

圖17 整機(jī)安裝實(shí)物圖

5.1 測試結(jié)果分析

經(jīng)過測試，數(shù)據(jù)傳輸無異常，顯示正常無亂碼，間隔為1 次/10 s；讀溫濕度值正常，敲擊鋼蓋有雨量值顯示，顯示值與敲擊次數(shù)同比例上升，讀取氣壓值正常，風(fēng)速風(fēng)向值顯示正常，擾動后顯示值改變。

其中，以地址為“01”為例，發(fā)送16 進(jìn)制命令“21 3F 0D 0A”，返回值格式為16 進(jìn)制“01 0D 0A”，再發(fā)送16 進(jìn)制命令“21 01 52 30 0D 0A”，返回值格式為字符串“R0，S ＝0.6，D ＝192.8，P ＝1 008.2，T ＝23.6，H＝79.4，R＝33.7”，以TXT 文件保存的數(shù)據(jù)如圖18 所示。

圖18 采集數(shù)據(jù)返回值

5.2 數(shù)據(jù)對比分析試驗(yàn)

為了確保自動氣象站在海上長期工作的穩(wěn)定性，按照氣象觀測規(guī)范的要求，通過試驗(yàn)樣機(jī)與其他氣象站進(jìn)行對比測試。

試驗(yàn)設(shè)備包括一套自動氣象站樣機(jī)、一套維薩拉自動氣象站、一套長望自動氣象站、一臺電腦、三套數(shù)據(jù)采集軟件和一個220 V 轉(zhuǎn)12 V 開關(guān)電源，電源給測試的三套自動氣象站供電。

試驗(yàn)天數(shù)為30 d，每天檢查開關(guān)電源的供電、觀看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對比數(shù)值的變化。由于測試時間比較長，保存的測試數(shù)據(jù)較多，本文針對試驗(yàn)樣機(jī)、維薩拉自動氣象站和長望氣象站所測的六要素數(shù)據(jù)，從中選取13 天所測的數(shù)據(jù)，算出這13 天的日平均數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，繪制的各個要素對比測試曲線如圖19 所示。

圖19 各個要素對比測試曲線圖

通過為期一個月的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，設(shè)計的自動氣象站與其他兩套自動氣象站所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，結(jié)論如下:

根據(jù)圖19(a)溫度曲線圖，可以看出，試驗(yàn)樣機(jī)、維薩拉自動氣象站和長望氣象站三個氣象站溫度采集器在同一時刻所測的溫度值比較接近，試驗(yàn)樣機(jī)和對比站相比，測量誤差均在±0.3 ℃以內(nèi)。

根據(jù)圖19(b)濕度曲線圖，可以看出，三個氣象站的濕度采集器在同一時刻所測的濕度值比較接近，試驗(yàn)樣機(jī)和對比站相比，測量誤差均在±3%RH以內(nèi)。

根據(jù)圖19(c)大氣壓力曲線圖，可以看出，三個氣象站在同一時刻采集的大氣壓力值比較接近，試驗(yàn)樣機(jī)和對比站相比，測量誤差均在±0.5 mbar 以內(nèi)。

根據(jù)圖19(d)風(fēng)向曲線圖，可以看出，三個氣象站在同一時刻采集的風(fēng)向值比較接近，試驗(yàn)樣機(jī)和對比站相比，測量誤差均在±3°以內(nèi)。

根據(jù)圖19(e)風(fēng)速曲線圖，可以看出，三個氣象站在同一時刻采集的風(fēng)速值比較接近，試驗(yàn)樣機(jī)和對比站相比，測量誤差均在±0.3 m/s 以內(nèi)。

根據(jù)圖19(f)雨量曲線圖，可以看出，三個氣象站在同一時刻采集的雨量值比較接近。試驗(yàn)樣機(jī)和對比站相比，測量誤差均在±4%以內(nèi)。

通過每天檢查開關(guān)電源的供電和觀看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)本設(shè)計的自動氣象站長期工作穩(wěn)定性相對較好，對比測試數(shù)據(jù)可以看出，試驗(yàn)樣機(jī)所測的六要素數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高，數(shù)據(jù)偏差均在合格范圍之內(nèi)，測量結(jié)果也基本符合應(yīng)用需求，因此本設(shè)計的自動氣象站穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都較好。

6 結(jié)語

針對海上復(fù)雜環(huán)境下氣象探測的需求，特別是對海上風(fēng)速、風(fēng)向測量，本文介紹了一款一體式、微型化艦載自動站系統(tǒng)，集溫度、濕度、大氣壓力、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量六種氣象參數(shù)測量功能于一體，實(shí)現(xiàn)對六要素數(shù)據(jù)的采集、顯示和存儲，并通過上位機(jī)顯示。系統(tǒng)中的風(fēng)速風(fēng)向傳感器采用超聲波原理自主設(shè)計測量風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，在海上惡劣環(huán)境下能夠正常工作，與傳統(tǒng)機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀相比，具有磨損小、壽命長、響應(yīng)快、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本氣象站采用一體化設(shè)計，可降低機(jī)械復(fù)雜度，提高傳感器的抗風(fēng)能力，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性，適用于海上環(huán)境的長期在線監(jiān)測。