專利名稱：嵌入式溫度脈動儀及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大氣科學實驗測量儀器及測量方法，尤其是嵌入式溫度脈動儀及測量方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著光電技術(shù)的迅速發(fā)展，光學湍流的重要性越來越受到人們的重視。在激光傳輸中，湍流效應引起光束的漂移和擴展；在圖象應用中，湍流效應引起圖象的抖動和變形；湍流還會降低天文望遠鏡的分辨率。為了定量研究激光通過湍流大氣的各種現(xiàn)象，以解決和這些現(xiàn)象有關(guān)的各種光學工程問題，需深入了解光路的光學湍流結(jié)構(gòu)，測量近地面的折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2的特征，不僅是計算近地面?zhèn)鬏攩栴}的基礎(chǔ)，還可用來推算邊界層的Cn2分布。常用的測量儀器有溫度脈動儀，如本申請人所使用的，它由鉑絲探頭和與其電連接的溫度脈動傳感器構(gòu)成。測量時，地面大氣溫度微小起伏的變化由鉑絲探頭所感受，經(jīng)溫度脈動傳感器將其放大后通過接口電路送往計算機處理。但是，這種溫度脈動儀存在的不足之處是，首先，接口電路較復雜、集成度低，工作不穩(wěn)定；其次，除輸出的模擬量信號易受干擾外，信號傳輸?shù)木嚯x也受到限制，使計算機不得不在近距離接收其信號，這不但影響鉑絲探頭測量的準確度，還需解決計算機野外工作適應的問題；再次，接收其信號的計算機的程序結(jié)構(gòu)不清晰，編程復雜、易出錯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實用，使用更方便的嵌入式溫度脈動儀及測量方法。
嵌入式溫度脈動儀包括與溫度脈動傳感器電連接的鉑絲探頭，特別是所說溫度脈動傳感器的輸出端依次電連接有嵌入式模塊和數(shù)據(jù)傳輸接口，所說嵌入式模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197和單片機AT89C2051組成，用于將溫度脈動傳感器輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量和對其進行運算、編碼，所說數(shù)據(jù)傳輸接口為RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于將嵌入式模塊處理后的數(shù)字量信號送往上位計算機。
作為嵌入式溫度脈動儀的進一步改進，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的輸入端口 和 腳分別接溫度脈動傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器，用于接收各個傳感器送來的模擬量信號，單片機AT89C2051的控制端口腳②、⑦和⑧與模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的控制端口③、④和⑤腳連接，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197分時接收各傳感器的信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的數(shù)地總線端口⑦～腳接單片機AT89C2051的數(shù)地總線端口腳 用于將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量信號輸出至單片機AT89C2051，模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的⑥腳接單片機AT89C2051的腳 用于向單片機AT89C2051發(fā)送數(shù)字量輸出結(jié)束的信號，單片機AT89C2051的輸出端口腳接數(shù)據(jù)傳輸接口的輸入端，用于將處理后的數(shù)據(jù)傳送出去；所述的RS-232串行接口和RS-485串行接口與單片機AT89C2051的輸出端口腳間串接有轉(zhuǎn)換開關(guān)。
嵌入式溫度脈動儀的測量方法包括接收傳感器的模擬量信號和輸出數(shù)字量信號，特別是設定采集傳感器輸出的時間片，產(chǎn)生一個分時采集的時間基準；根據(jù)采集傳感器的對象，確定采集的次數(shù)，對于湍流，采集500次，對于溫度或濕度，則采集16次；對轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的數(shù)據(jù)進行處理，即對于湍流的數(shù)據(jù)求其方差，對于溫度或濕度的數(shù)據(jù)，按大小排序，在舍去頭尾各四次的數(shù)據(jù)后，求其均值；將處理后的數(shù)據(jù)編碼成對應的三組數(shù)，定時向數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197和單片機AT89C2051組成的嵌入式模塊的應用，既使整體的集成度提高，降低了電路的故障率，又杜絕了輸出信號受干擾的可能，可不受限制地將其設置于任何場所使用；其二，數(shù)據(jù)傳輸接口選用RS-232串行接口或RS-485串行接口，不僅使接口電路變得簡單、標準，還可根據(jù)需傳輸?shù)木嚯x來選擇RS-232或RS-485，以使輸出信號的傳輸距離不再受限，避免了計算機只得位于溫度脈動傳感器的附近和工作于野外，以及由此而引發(fā)對鉑絲探頭測量準確度的干擾的缺陷；其三，單片機AT89C2051中駐有的測量方法的程序，除使脈動儀具有智能化的功能外，且同時還使其上位計算機的程序的模塊化得到了改善，控制算法、運行速度也變得簡單和獲得了較大的提高。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。
圖1是本發(fā)明的一種實施例電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明測量方法的流程圖。
具體實施例方式
參見圖1，鉑絲探頭1、溫度脈動傳感器2、嵌入式模塊5和數(shù)據(jù)傳輸接口6依次電連接。其中，鉑絲探頭1由直徑為10微米、長度為19毫米、相距為1米的兩只探頭構(gòu)成，用于感應地面大氣溫度微小起伏的變化。溫度脈動傳感器2內(nèi)置有放大電路，用于將鉑絲探頭1輸出的微弱電信號不失真地放大，以利于后續(xù)的處理。嵌入式模塊5由模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197和單片機AT89C2051組成，用于將溫度脈動傳感器2輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并對其進行運算和編碼，其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的輸入端口 腳接溫度脈動傳感器2的輸出端、 腳接溫度傳感器3、 腳接濕度傳感器4，用于接收上述三個傳感器送來的溫度脈動、溫度、濕度的模擬量信號；單片機AT89C2051的控制端口腳②、⑦和⑧分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的控制端口③、④和⑤腳連接，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197分時段地接收溫度脈動傳感器2或溫度傳感器3或濕度傳感器4的信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的數(shù)地總線端口⑦～腳接單片機AT89C2051的數(shù)地總線端口腳 用于將已轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的溫度脈動或溫度或濕度的信號輸出至單片機AT89C2051；模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的⑥腳接單片機AT89C2051的腳 用于向單片機AT89C2051發(fā)送數(shù)字量輸出結(jié)束的信號；單片機AT89C2051的輸出端口腳接數(shù)據(jù)傳輸接口6的輸入端，用于將處理后的數(shù)據(jù)傳送出去。數(shù)據(jù)傳輸接口6的輸入端為轉(zhuǎn)換開關(guān)61，該轉(zhuǎn)換開關(guān)61分別與RS-232串行接口和RS-485串行接口的輸入端連接，用于將嵌入式模塊5處理后的數(shù)字量信號送往上位計算機。
參見圖2，嵌入式溫度脈動儀的測量方法和儀器的工作流程如下對嵌入式溫度脈動儀通電后，單片機AT89C2051給其自有的功能部件和內(nèi)存中駐有的各個子程序，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197預置初始值，既設定其初始工作狀態(tài)，如給16位記時器/計數(shù)器設定10ms的定時中斷值，以作為分時采集數(shù)據(jù)的時間片，分別給采集溫度脈動、溫度和濕度的計數(shù)器置零等(步驟110)。接著，在步驟120中，單片機AT89C2051在等待定時中斷信號的到來前處理其它事務。一旦定時中斷信號來到，單片機AT89C2051就采集溫度脈動傳感器2的數(shù)據(jù)(步驟130)。之后，單片機AT89C2051檢查溫度脈動計數(shù)器n的值是否等于500(步驟140)？即對于湍流來說，是否已采集了500次。若為非，則轉(zhuǎn)回步驟120，以備繼續(xù)采集溫度脈動傳感器2的數(shù)據(jù)。若溫度脈動計數(shù)器n的值已等于500，則在步驟150中，調(diào)用計算方差1/n×∑(T1-T2)2的子程序，以求出已采集的溫度脈動數(shù)據(jù)的方差，公式中的T1、T2為兩點的溫度差(由溫度脈動傳感器2直接輸出)、n為采集到的個數(shù)。接著，在步驟160中，單片機AT89C2051分別采集溫度和濕度的數(shù)據(jù)各16次。之后，在步驟170中，分別將采集到的溫度和濕度的數(shù)據(jù)按其大小進行排序，在舍去頭尾各四次的數(shù)據(jù)后，分別求其均值。然后，于步驟180中，將溫度脈動的方差值、溫度、濕度的均值編碼后，通過數(shù)據(jù)傳輸接口6發(fā)送至上位計算機。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的嵌入式溫度脈動儀進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式溫度脈動儀，包括與溫度脈動傳感器(2)電連接的鉑絲探頭(1)，其特征在于所說溫度脈動傳感器(2)的輸出端依次電連接有嵌入式模塊(5)和數(shù)據(jù)傳輸接口(6)，所說嵌入式模塊(5)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197和單片機AT89C2051組成，用于將溫度脈動傳感器(2)輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量和對其進行運算、編碼，所說數(shù)據(jù)傳輸接口(6)為RS-232串行接口或RS-485串行接口，用于將嵌入式模塊(5)處理后的數(shù)字量信號送往上位計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式溫度脈動儀，其特征是模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的輸入端口 和 腳分別接溫度脈動傳感器(2)、溫度傳感器(3)和濕度傳感器(4)，用于接收各個傳感器送來的模擬量信號；單片機AT89C2051的控制端口腳②、⑦和⑧與模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的控制端口③、④和⑤腳連接，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197分時接收各傳感器的信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的數(shù)地總線端口⑦～腳接單片機AT89C2051的數(shù)地總線端口腳 ～，用于將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量信號輸出至單片機AT89C2051；模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197的⑥腳接單片機AT89C2051的腳 用于向單片機AT89C2051發(fā)送數(shù)字量輸出結(jié)束的信號；單片機AT89C2051的輸出端口腳接數(shù)據(jù)傳輸接口(6)的輸入端，用于將處理后的數(shù)據(jù)傳送出去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式溫度脈動儀，其特征是RS-232串行接口和RS-485串行接口與單片機AT89C2051的輸出端口腳間串接有轉(zhuǎn)換開關(guān)(61)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式溫度脈動儀的測量方法，包括接收傳感器的模擬量信號和輸出數(shù)字量信號，其特征在于設定采集傳感器輸出的時間片，產(chǎn)生一個分時采集的時間基準；根據(jù)采集傳感器的對象，確定采集的次數(shù)，對于湍流，采集500次，對于溫度或濕度，則采集16次；對轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的數(shù)據(jù)進行處理，即對于湍流的數(shù)據(jù)求其方差，對于溫度或濕度的數(shù)據(jù)，按大小排序，在舍去頭尾各四次的數(shù)據(jù)后，求其均值；將處理后的數(shù)據(jù)編碼成對應的三組數(shù)，定時向數(shù)據(jù)傳輸接口(6)發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌入式溫度脈動儀及測量方法。脈動儀包括與溫度脈動傳感器(2)電連接的鉑絲探頭(1)，特別是溫度脈動傳感器(2)的輸出端連接有用于將其輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量和對數(shù)字量進行運算、編碼的由模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197和單片機AT89C2051組成的嵌入式模塊(5)和用于將處理后的數(shù)字量信號送往上位機的RS－232或RS－485串行接口的數(shù)據(jù)傳輸接口(6)；方法包括接收傳感器的模擬量信號和輸出數(shù)字量信號，特別是設定采集傳感器輸出的時間片，根據(jù)采集傳感器的對象，確定采集的次數(shù)，對轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的數(shù)據(jù)進行處理，將處理后的數(shù)據(jù)編碼后定時向數(shù)據(jù)傳輸接口(6)發(fā)送。它使用方便、可靠性高，可用于自適應光學、高分辨率天體觀察、激光大氣傳輸?shù)阮I(lǐng)域。
文檔編號G01D21/02GK1580710SQ0313224
公開日2005年2月16日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者肖黎明, 翁寧泉, 馬成勝 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所