基于蓝牙技术的智能气象站系统设计
物联网中的智能气象监测系统设计与实现
物联网中的智能气象监测系统设计与实现近年来，物联网已经成为人们生活中不可忽视的一部分。
物联网不仅可以连接数以亿计的设备，更可以为我们的生产和生活带来极大的便利和效率提升。
其中，智能气象监测系统的设计和实现正是物联网技术的一个重要应用。
本文将从系统设计、传感器选择、数据处理、通信传输和应用场景等方面探讨智能气象监测系统的设计和实现。
系统设计智能气象监测系统主要由传感器、数据采集器、数据存储器、通信模块和应用端组成。
其中，传感器和数据采集器是整个系统的核心。
传感器可以采集环境中的温度、湿度、风速、风向、降水等数据，通过数据采集器将数据转换为数字信号，并进行处理和存储。
数据存储器用于存储采集到的数据，并通过云平台进行数据管理和分析。
通信模块则负责与应用端进行数据传输和交互。
传感器选择传感器是智能气象监测系统的核心组件，其选型非常重要。
传感器的选择应综合考虑多方面因素，如测量范围、测量精度、灵敏度、稳定性、响应时间等。
常用的气象传感器有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器和雨量传感器等。
对于温度传感器，目前市场上常用的有NTC热敏电阻和PTC热敏电阻两种。
其中，前者价格便宜，但检测范围较小；后者价格稍贵，但测量范围更广。
对于湿度传感器，则可选用电容式传感器、阻抗式传感器和热敏式传感器等。
电容式传感器适用于高湿度环境，阻抗式传感器适用于低湿度环境，热敏式传感器则适用于常温常湿的环境。
风速传感器常用的有磁电式传感器和超声波传感器两种。
磁电式传感器价格较低，但这种传感器不适用于测量低速风；超声波传感器则适用于测量低速风。
风向传感器一般采用机械式传感器或电子式传感器。
机械式传感器结构简单、价格便宜，但精度较低；电子式传感器精度更高，但价格相应也更贵。
雨量传感器则可选用翻斗式传感器和压力式传感器两种。
翻斗式传感器结构简单，但不能精确测量降雨强度，压力式传感器可以更精确地测量降雨量和降雨强度。
数据处理智能气象监测系统采集到的原始数据需要进行处理和分析，以便更好地为应用提供数据支持。
智能微型气象站实施方案
智能微型气象站实施方案一、背景介绍随着科技的不断发展，气象监测技术也在不断更新换代。
传统的气象站设备体积庞大、维护成本高，难以满足现代城市和乡村的需求。
因此，智能微型气象站应运而生，它具有体积小、功能强大、维护便捷的特点，成为了现代气象监测的重要工具。
二、实施方案1. 设备选型智能微型气象站的核心设备包括气温传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、降雨传感器等。
在选型时，需要考虑设备的精度、稳定性、耐用性以及对环境变化的适应能力。
同时，还需要考虑设备的通信方式，如Wi-Fi、蓝牙等，以便实现远程监测和数据传输。
2. 安装位置选择智能微型气象站的安装位置对于监测数据的准确性至关重要。
一般来说，应选择在离地面一定高度的开阔地带，避免受到建筑物、树木等遮挡。
同时，需要考虑设备的防水防晒措施，以保证设备的长期稳定运行。
3. 数据监测与传输智能微型气象站可以通过传感器实时监测气温、湿度、风速、风向、降雨等数据，并通过内置的数据传输模块将数据传输至云端服务器。
用户可以通过手机App或者网页端进行实时监测和数据分析，以及设置预警功能。
4. 数据分析与应用通过对监测数据的分析，可以为农业生产、城市规划、气象预警等领域提供重要参考。
比如，可以根据气象数据进行灌溉决策、制定防灾预案、优化城市规划等，为社会生产和生活提供更精准的气象信息。
5. 维护与管理智能微型气象站的维护相对传统气象站更加便捷，但也需要定期检查设备的运行状态、更换损坏部件、清洁传感器等工作。
同时，还需要建立健全的数据管理制度，确保监测数据的安全可靠。
三、总结智能微型气象站的实施方案涉及设备选型、安装位置选择、数据监测与传输、数据分析与应用、维护与管理等多个方面。
通过科学合理的实施方案，可以充分发挥智能微型气象站的监测功能，为社会生产和生活提供更加精准的气象信息，有助于提高气象监测的精度和效率，促进社会的可持续发展。
基于NB(LoRa)的智能小型气象站
主要产品： 井盖、液位、水浸、老人一键报警、定位手环基于NB/LoRa的智能小型气象站基于NB/LoRa 的智能小型气象站是一种集气象数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集系统，智能小型气象站可监测风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、等常规气象要素进行全天候现场准确测量并将数据传输到中心计算机气象数据库中，用于统计分析和处理。
可广泛应用于气象、环保、机场、农林、科学研究等领域。
下面就由爱体智能给大家简单介绍基于NB/LoRa 的智能小型气象站。
一、智能小型气象站功能特点二、智能小型气象站技术优势 物联网通信、超低功耗、超长待机、外形小巧、随地部署、价格经济主要产品： 井盖、液位、水浸、老人一键报警、定位手环三、网络结构（NB 或LoRa 可选）四、智能小型气象站安装方式1. 直接安装在支架或者柱子上，没有特别的要求。
2. 供电方便，可以采用电池供电或者太阳能供电。
五、NB-IoT 模块或者LoRa 模块可选 1. NB-IoT 模块使用运营商基站，一个设备配一张sim 卡，覆盖范围广。
2. LoRa 模块兼容LoRaWAN 基站，亦可自建基站，覆盖半径2-5km 范围。
以上就是智能小型气象站的介绍，如果想要了解更多关于智能小型气象站的细节，欢迎立即咨询南京爱体智能科技有限公司。
南京爱体智能科技有限公司主要从事智能化系统、智能家居传感器、智能穿戴设备、智慧城市传感器、物联网系统、图像识别物联网、物联网软件研发等产品开发和系统开发。
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基于人工智能的智能气象监测与预警系统设计
基于人工智能的智能气象监测与预警系统设计随着科技的不断发展，人工智能技术在各个领域内得到了广泛的应用。
其中，气象监测与预警系统是基于人工智能技术的一个重要应用领域。
智能气象监测与预警系统的设计旨在通过利用人工智能技术，提高气象预警能力，减少天气灾害对人类生活和财产的影响。
一、需求分析智能气象监测与预警系统的设计目标是提供准确、及时的天气信息，帮助人们做出正确决策，并尽早地对潜在的天气灾害进行预测和预警。
因此，系统需要具备以下几个方面的功能：1. 实时数据采集：系统需要能够实时获取气象监测数据，如温度、湿度、风速等等，以确保数据的准确性和时效性。
2. 数据分析与处理：系统需要具备强大的数据分析与处理能力，能够将大量的气象数据进行有效整理和分析，以提取出有用的信息。
3. 预测模型建立：系统需要通过对历史天气数据的分析，建立合适的气象预测模型，以提供可靠的天气预报。
4. 预警机制设计：系统应能根据实时数据和预测模型，自动生成相应的预警信息，并及时向相关部门和用户发送预警通知。
5. 用户交互界面：系统需要提供友好的用户交互界面，以方便用户查看天气信息、接收预警通知，并与系统进行互动。
二、系统设计基于以上需求分析，智能气象监测与预警系统的设计可以按照以下步骤进行：1. 数据采集与存储：系统需要连接气象监测仪器，实时采集气象数据，如温度、湿度、风速等。
采集到的数据经过预处理后，可以存储到数据库中，以备后续分析和处理之用。
2. 数据分析与处理：系统需要具备数据分析与处理的能力，以提取出有用的信息。
可以使用机器学习和数据挖掘等人工智能技术，对大量的气象数据进行分析，找出数据之间的关联性和规律性，并提取出对天气变化有影响的因素。
3. 预测模型建立：根据历史天气数据和经过分析的相关因素，可以建立合适的天气预测模型。
可以使用统计分析方法、神经网络、支持向量机等算法，通过对历史数据的学习和拟合，预测未来的天气情况。
4. 预警机制设计：系统根据实时数据和预测模型，可以自动生成相应的预警信息。
智慧天气监控系统设计方案
智慧天气监控系统设计方案设计方案：智慧天气监控系统一、系统介绍智慧天气监控系统是基于物联网技术的一种天气监测系统，主要用于实时采集和分析各类气象数据，以提供准确的天气预警和预测服务。
该系统能够通过传感器、网络通信设备、数据处理终端等组件实时监测气象变化，并将数据反馈给用户。
二、系统功能模块1. 数据采集模块：该模块负责采集各类气象数据，包括温度、湿度、风速、降水量等，通过传感器将数据实时传输到系统中。
2. 数据传输模块：数据采集模块采集到的数据通过网络传输到数据处理终端，通过无线通信技术，实现实时数据传输。
3. 数据处理模块：数据处理模块对采集到的气象数据进行处理和分析，在本地或云端进行数据存储和处理，通过算法和模型进行数据挖掘和预测。
4. 数据展示模块：将处理后的气象数据以可视化的形式展示给用户，包括实时气象信息、历史数据、气象趋势图表等，用户可以通过网页或手机应用进行查看。
5. 预警和预测模块：基于数据处理模块的分析结果，系统可以提供预警和预测功能，及时警示用户，通过手机短信、APP推送等方式发送相关信息。
三、系统架构设计系统采用分布式架构设计，包括传感器、网关、服务器和终端四个层次。
1. 传感器层：部署各种气象传感器，包括温湿度传感器、风速传感器、降水量传感器等，负责数据采集和传输。
2. 网关层：负责数据传输和网络通信，将传感器采集到的数据通过无线网络传输到服务器端。
3. 服务器层：包括数据处理服务器和数据存储服务器。
数据处理服务器负责接收、处理和分析传感器采集到的数据，提供数据挖掘和预测功能。
数据存储服务器负责存储和管理历史数据，提供数据查询和管理接口。
4. 终端层：用户可以通过网页或手机应用访问系统，查看实时天气信息、历史数据以及预警和预测结果。
四、系统实现技术1. 传感器技术：选择高精度、低功耗的传感器，通过物联网架构实现传感器与网关的连接和数据传输。
2. 无线通信技术：选择适合的无线通信技术，如4G、NB-IoT等，实现传感器到服务器的实时数据传输。
基于ZigBee的自动气象站系统的设计的开题报告
基于ZigBee的自动气象站系统的设计的开题报告一、选题背景气象站是一种用于测量和记录气象变量的仪器设备，包括温度、湿度、风速、风向、日照时间、降雨量、大气压力等多种气象参数的测量。
气象站对于气象、环保、农业、交通等领域都有着重要的应用价值。
随着物联网技术的不断发展，将气象站联网，实现远程监测和数据分析已成为发展趋势。
ZigBee是一种无线通信技术，传输稳定、数据传输速度快，功耗低的特点，广泛应用于无线传感器网络，而气象站本质上也是一种传感器网络，将ZigBee技术应用于气象站系统的设计，能够解决传统气象站存在的传输电缆复杂、设备维护困难等问题，提高气象数据的精度、实时性和应用价值。
二、研究目的本项目旨在设计一款基于ZigBee技术的自动气象站系统，通过无线传输方式，实现气象变量数据的实时监测和数据采集，将数据上传至云端进行数据处理和分析。
通过开发易用、可靠、高效、低功耗的传感器单元及其载体，建立气象监控系统。
为气象领域的科研、生产和教学提供了有效的数据支撑。
三、研究内容1. 气象站传感器与收集装置的设计，包括气象站的整体设计、控制系统的设计、气象传感器的选型与驱动等。
2. 气象数据的实时采集和传输：利用 ZigBee 通信技术进行数据传输，实现远程数据采集。
3. 气象数据处理和分析：部署数据采集系统，获取气象数据并进行处理和分析，形成结果可视化的应用。
4. 系统测试及验证：对系统进行实际测试及验证，调试系统的各个模块并进行性能优化，验证系统的准确性、鲁棒性等指标。
四、研究计划1. 第一阶段：对气象站的相关知识进行深入学习和研究，编写开题报告，确定具体研究内容和方向。
2. 第二阶段：进行技术调研和系统设计，完成系统架构和模块的开发，包括硬件、软件和通信模块等。
3. 第三阶段：进行系统集成和测试，包括系统的集成测试和性能测试等，对系统进行调优和优化。
4. 第四阶段：撰写毕业论文并进行答辩。
五、研究意义本项目研究的基于ZigBee的自动气象站系统，实现了气象数据的远程监测与分析，具有非常重要的实际应用价值。
智能气象站研究与设计
智能气象站研究与设计随着现代科技的进步和应用，气象信息的收集和利用已经变得越来越普遍和重要。
特别是在一些关键行业中，如航空、海洋、农业等，气象数据的准确性和及时性对于生产和生活的影响是不可忽视的。
为此，智能气象站也应运而生，成为提高气象数据收集和分析能力的有力工具。
一、智能气象站的定义和概述智能气象站是一种利用现代科技实现气象数据自动采集和分析的设备。
它利用各种传感器和网络通信技术，可以实时收集和反映该地区的温度、湿度、风速、气压等气象参数，以供分析和利用。
另外，智能气象站还可以配合其他气象预测系统和软件，实现更精准的天气预测和风险评估。
二、智能气象站的设计与工作原理1. 传感器模块的设计与使用智能气象站的核心部分是传感器模块。
它采用的传感器类型和数量可以根据不同需求和场所而异，一般选择的有紫外线传感器、光照、温度、湿度、压力和风速等。
这些传感器的使用能够使气象站获得更丰富的数据，从而为后续的数据分析提供充分的数据来源。
2. 数据采集通信模块的设计与使用另一个关键的部分是气象站的数据采集和通信模块。
获取气象数据的暴露方式使用无线传输的方式，这种方式因为能够消除通信传输方面的限制而成为了非常重要的一部分。
在通信传输方面，可以选择Lora/NB-IoT/4G等多种通信方式，以达到不同的使用需求。
三、智能气象站的应用场合和推广前景智能气象站在很多领域都有应用的推广和发展前景。
随着气象数据收集的要求和预测精度的提高，智能气象站的性能和可应用性也将不断增加。
下面主要介绍几个应用场合：1. 农业领域在现代农业中，天气和气象数据在农作物生长和收成过程中都扮演着非常重要的角色。
可以使用智能气象站来监测周围的气温和气候状况，以更好地引导农民的种植和收成，提高农业生产的效率。
2. 航空领域在航空领域中，智能气象站可以用来监测飞机起飞和降落的天气情况。
可以通过分析呈现的气象数据来预测和判断恶劣天气的时机和影响程度，为机组和地面的管理者提供有用的信息支持。
基于单片机的智能模拟气象站的设计
基于单片机的模拟气象站系统具有安装简便、工作稳定、使用方便、抗干扰性强等优点；产品适用于多种场合如：学校、家庭住宅、农业生产和偏远地区等。在学校，可以通过气象站采集的数据合理改善学习环境，提高学生学习效率；在家庭生活中，温度湿度的数据可以帮助人们设计出行穿着，并为要进行的活动进行环境考察，使人们避免遭遇恶劣天气；在偏远地区由于气象站稀少，不能准确测量一定范围内的气象数据时，可以通过该系统自行测量。
先检测实际器件是否能正常工作，尤其是传感器、串口的连接。然后用万用表测试焊接是否合格，再向单片机系统下载已调试好的程序，最后在包括示波器、万用表等仪器的监测下进行数据测试，需要达到通信波特率稳定、传输数据准确，温度显示及判断误差较小和系统整体功率稳定等要求。
主要参考文献
[1]李金龙，王黎，高晓蓉.多点温湿度远程无线监控系统设计[J].微计算机信息，2009，25(6-1):31-32
主机。对于监测出来的温湿度，要使得精确度维持在一定的范围内。
2）利用霍尔元件模拟监测一点的风速，通过检测齿轮所转圈数，由程序进行相应的计算从而得知齿轮转速，通过数学计算转换得到风速。其中齿轮的转动是模拟风力的作用。
3）主机将三组温湿度数据求平均值后，与风速的数据一起通过LCD显示。
开题依据（包括相关研究现状、此项研究的理论意义、学术价值、应用前景等）
2）撰写一篇不少于8000字的毕业论文；
3）关键步骤和阶段的照片和视频。
可行性分析（已具备的条件和待解决的问题；拟采取的研究方法、技术路线、实验方案等）
１．已具备的条件
1）图书馆提供的相关纸质和电子版书籍；
2）有专业的相关教师对毕业设计进行指导；
3）网络数据库提供了大量的相关资料；
4）电脑上已经安装了keil4、Proteus等所需的软件，已具备基础的编程语言素养。
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泉州师范学院毕业论文（设计）题目基于蓝牙技术的智能气象站系统设计The Design of Intelligent Weather Station System based on Blootooch Technology物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业07级1 班学生姓名学号指导教师职称副教授完成日期2011年4月15 日教务处制基于蓝牙技术的智能气象站系统设计物理与信息工程学院07级电子信息科学与技术指导教师副教授【摘要】一种基于HC-06蓝牙模块的智能气象站系统，系统采用STC系列单片机控制，以DHT21温湿度传感器和根据时差法原理的超声波传感器实现对环境的温湿度和风速风向进行采集，并通过蓝牙无线传输到接收模块将温湿度和风向风速数据显示在LCD1602上。
DHT21数字温湿度传感器数据线为单总线；超声波测风模块通过单片机发射40kHz的脉冲信号，应用CD4052选通发射与接收回路。
【关键词】STC89C52 HC-06蓝牙模块DHT21 超声波传感器智能气象站目录第一章引言 (4)本设计的背景 (4)本设计的系统方案 (4)1.2.1 系统的功能实现 (4)1.2.2 系统的技术实现 (4)第二章气象站系统的组成框图 (5)气象站发送模块框图 (5)气象站接收模块框图 (6)第三章气象站系统硬件设计 (6)发送与接收模块的单片机最小系统 (6)发送与接收模块的无线通信模块——HC-06蓝牙模块 (7)3.2.1 蓝牙技术简介 (7)3.2.2 HC-06蓝牙模块部分电路 (7)DHT21数字温湿度传感器 (8)3.3.1 DHT21简介 (8)超声波风速风向传感器及其电路部分 (10)3.4.1超声波风速风向传感器原理 (10)3.4.2超声波风速风向传感器电路组成原理 (12)3.4.3超声波测风方案设计论证 (15)气象站系统的报警模块 (16)气象站系统的电源部分 (16)发送与接收模块的MAX232串口电路 (17)接收模块显示电路 (17)第四章气象站系统的软件设计 (18)气象站系统的主程序流程 (18)系统子程序流程图 (19)4.2.1发送模块DHT21温湿度子程序流程图 (19)4.2.2发送模块超声波测风子程序 (20)4.2.3接收模块LCD1602显示程序 (21)4.2.4报警子程序 (22)第五章气象站系统调试 (22)第六章总结 (23)致谢 (24)参考文献 (24)附录 (25)附录1 发送模块原理图 (25)附录2 接收模块原理图 (26)附录3 发送模块PCB图 (26)附录4接收模块PCB图 (27)附录5 系统程序 (27)第一章引言本设计的背景温度、湿度、风速、风向等气象条件与生产生活密切相关，如果采用人工进行定时监测，不仅浪费大量的人力，而且不能做到实时监控；如果采用有线测控系统则需要铺设光缆或电缆，这样不但增加了成本，而且降低了系统的灵活性和可扩展性，还具有线路多、布线复杂、维护困难等缺点，使用区域也有一定的局限性。
针对上述的问题，提出了采用传感器技术、自动控制技术和无线蓝牙技术相结合的智能气象站系统对环境气象进行实时监测。
与多种无线通信技术[1]相比，蓝牙技术具有应用广泛性，传输速率高，穿透性强，低功耗及准确性等优点。
机械式风向风速传感器因其易损坏、精度不高等缺点，而逐渐被更优良的传感器所代替，其中基于时差法的超声波风速风向传感器就是其中之一。
本设计的系统方案1.2.1 系统的功能实现通过温湿度及风速风向传感器采集环境的温湿度、风速风向信号，将信号处理然后通过无线传输到距离十多米的地方进行显示，实现实时监测环境的温度、湿度、风向和风速，给人们生产生活提供环境气象参数，从而合理的安排生产生活。
1.2.2 系统的技术实现数字温湿度传感器，内部包含一个电容式感湿元件和NTC测温元件，还有A/D转换模块，实现温湿度数字信号输出。
同时DHT21又是单总线形式，与单片机相连减少了I/O口的使用。
2.超声波测风模块，根据时差法原理，在一定距离下分别测量超声波的逆风和顺风传输时间，然后通过公式求解风速的大小。
然后分别测得两个垂直方向的风速，再通过公式计算出此时的风向。
理论上风速测量范围可以通过调整传感器的距离而改变。
3.采用STC89C52单片机控制单元[2]，产品较为普遍，价格便宜，易于控制。
对STC89C52用C 语言编写程序，可读性较好。
4.无线通信采用全球广泛使用的蓝牙技术，本设计采用HC-06蓝牙模块，该模块可实现十米的无线数据传输。
液晶显示器为工业字符型液晶，能够显示32个字符，可实现对数据进行简单显示。
第二章 气象站系统的组成框图气象站系统分为发送和接收两个模块：发送模块主要由温湿度采集模块、风速风向采集模块、单片机控制模块、蓝牙发送模块、报警模块和电源模块等组成；接收模块主要由蓝牙接收模块、单片机控制模块、液晶显示模块、电源模块和报警模块等组成。
具体框图如下：气象站发送模块框图信号采集发送过程[3]为DHT21、超声波测风模块[4]将信号传给STC89C52单片机，单片机将信号处理，并进行超温湿度、风速报警。
处理后的信号经串口发送给HC-06蓝牙发射模块发射出去，采用全球免费波段。
气象站接收模块框图信号接收过程为HC-06蓝牙接收模块接收信号，将信号通过串口传输给STC89C52单片机处理，如果超过温湿度、风速上限，将控制报警器报警。
处理后的信号通过LCD1602液晶显示。
第三章 气象站系统硬件设计发送与接收模块的单片机最小系统本系统采用MCS-51系列STC89C52单片机芯片[5]作为发送与接收模块的控制单元，芯片具有如下特点：（1） 抗干扰性强；（2） 低价格；（3） 低功耗：掉电模式耗电低于，正常工作模式为4mA ～7mA ，掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统；（4） 处理速度快，最高主频为90MHZ ；（5） 通过MAX232电平转换芯片即可进行下载，编程方式灵活，可用C 语言进行编写，可读性强，8KB 的内部ROM 增强编程方便性。
发送与接收模块的控制单元电路原理图如图：图 STC89C52单片机最小系统图中间部分为STC89C52芯片，该芯片采用40脚双列直插DIP封装，第40脚接+5V电源，第20脚接地，左上部分为复位电路，接单片机的第9脚，但按下键时即对系统进行复位。
左下为晶振电路，采用的晶振。
第31脚接高电平。
发送与接收模块的无线通信模块——HC-06蓝牙模块3.2.1 蓝牙技术简介蓝牙技术[6]是一种近距离地保证可靠接收和信息安全的无线通信技术。
于1998年5月由爱立信、英特尔、诺基亚、东芝和IBM等五大公司组成的SIG（Special Internet Group）联合制定的标准。
蓝牙技术工作在全球通用的频段，数据传输速率为1Mbps。
蓝牙技术特点[7]：（1）完好的替代功能：蓝牙所用的无线通道像有线电缆一样准确无误地发送和接收数据；（2）信息安全性高：蓝牙技术采用跳频技术能很好的保证信息的安全性；（3）承载能力强：同时连接多个设备，支持不同类型（如声音和数据）的信息的发送与接收；（4）超低功耗：设备可用电池供电；（5）致密性高：蓝牙芯片内部结构复杂但体积小；（6）全球通用。
3.2.2 HC-06蓝牙模块部分电路HC-06蓝牙模块[8,9,10]主要性能参数：（1）频率： ISM band（2）调制方式：GFSK（3）发射功率等级：class2（4）灵敏度：≦-80dBm（5）通信速率：2Mbps（6）供电电源：（7）工作温度：-20 ~+55℃HC-06蓝牙模块部分电路图如图3.2.1：图3.2.1 HC-06蓝牙模块部分电路图左边部分为蓝牙芯片，其TX与RX引脚分别接STC89C52的RXD和TXD（），PIO1接LED灯，当LED常亮时表示蓝牙数据开始传输。
右上部分为电源+5V转为+电路。
HC-06蓝牙模块实物如图3.2.2：图3.2.2 HC-06蓝牙模块DHT21数字温湿度传感器3.3.1 DHT21简介DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包含一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能的8位单片机相连。
因此该传感器响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。
单总线串行接口，使系统变得简单快捷。
超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。
传感器为4针测量范围精度分辨力湿度（0—100）% ±3% %温度（-20—60）℃±1℃0.1℃表3.3.1 性能指标DHT21引脚图如图3.3.1。
本设计将1脚接电源+5V，2接STC89C52的I/O口，3脚接地。
图3.3.1DHT21为单总线数据输出口，如图3.3.1,1脚接电源+5V，2脚接数据线，3脚接地，4脚置空。
DATA用于与单片机进行通信和同步，数据格式为：40bit数据=16bit湿度数据+16bit 温度数据+8bit校验和，湿度高8位+湿度低8位+温度高8为+温度低8位=校验和，当温度低于0℃时，温度数据的最高位置1。
DHT21与单片机数据传送过程如图。
图3.3.2空闲时总线为高电平，通信开始时单片机拉低总线500μs后释放总线，延时20 40μs 后单片机开始检测DHT21的响应信号；从机的响应信号时一个80μs左右的低电平，随后主机再拉高总线80μs左右代表即将进入数据传送状态，如图3.3.3。
图3.3.3高电平后就是数据位，每1bit数据都是由一个低电平时隙和一个高电平组成，低电平表示数据的起始，其后的高电平表示数据位。
数字1信号表示方法如图3.3.4。
图3.3.4数字0信号表示方法如图3.3.5。
图3.3.5一次传送共40bit数据，当传送完最后一位数据后，DHT21拉低总线50μs左右，随后释放总线，由上拉电阻拉高总线。
DHT21实物如图3.3.6。
图3.3.6 DHT21数字温湿度传感器超声波风速风向传感器及其电路部分3.4.1超声波风速风向传感器原理超声波在空气中传播时，顺风与逆风条件下存在速度差。
当传播距离固定时，此速度差反映为时间差[11]。
如图3.4.1，选定一对超声波收发传感器，在无风条件下超声波的风速为s v，假设风速为w v，图3.4.1则超声波在顺风下速度12v=sv+wv，逆风则为21v=sv-wv。
设超声波顺风传播时间为12t，逆风传播时间为21t，超声波收发距离为d。
得：1221s ws wdv vtdv vt⎧=+⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩求解方程得：1221112wdvt t⎛⎫=-⎪⎝⎭（1）由此求得一维的风速，当在垂直方向再放置一对超声波收发传感器时，可测得二维的风速，如图3.4.2所示，假设1、2方向所测的风速为,w xv，3、4方向所测的风速为,w yv，则风速图3.4.222,,w w x w yv v v=+221221344311112wdvt t t t⎛⎫⎛⎫=-+-⎪⎪⎝⎭⎝⎭（2）假设,w x v 与w v 之间的夹角为θ，又,cos w x wv v θ=，所以θ= （3）随着风从0º~360º的变化，θ=122134431221344312213443120;1;1;k t t t t k t t t t k k t t t t k t ππ+≤≤=>>=-≥≤= 当且时， 当且时， 当且时， 当213443 2.t t t k ⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪<>=⎩且时， （4）所以只要测得12t 、21t 、34t 、43t 的值便可求出风速、风向的大小。