0.引言
大氣邊界層是大氣層的底層部分，邊界層的大氣變化對人類的社會活動有著很大的影響。大氣邊界層的重要性決定了人類必須對其進行研究，掌握它的特征和變化規律。對于局部區域測風經常采用的方法是雙經緯儀小球測風。本文介紹了一種新的智能" title="智能">智能化、應用范圍廣的數字化小球測風系統" title="測風系統">測風系統。
1.總體系統設計
本系統中將兩個電子經緯儀分別放置在A、B兩點，AB′為AB在水平面上的投影稱為“基線”，BB′為實際應用是放置兩臺電子經緯儀存在的高度差，P點為測風氣球，PA為測風氣球在水平面的投影，α、β、γ、δ分別為兩臺電子經緯儀測出的氣球的方位角和俯仰角，數據通過接于電子經緯儀RS—232串口的從機（無線單片機CC1010" title="CC1010">CC1010）用無線傳輸方式傳送到主機（無線單片機CC1010）處，主機通過USB轉串口芯片FT232RL 通過USB口將數據傳送到上位機（PC機）中，PC機中的應用程序經過數據分析和處理得出當前小球的位置和對應實時風速和風向。
圖1 雙經緯儀小球測風系統示意圖
圖2 系統框圖
2.硬件部分
2.1 數據采集芯片的選擇
我們選擇了CHI PCON公司的CC1010芯片。CC1010是根據SmartRF 技術，在0.35um CMOS工藝下研制出的一種內嵌8051單片機的單片可編程UHF收發器芯片，該芯片除了以8051技術為核心外，還內嵌32kB的Flash存儲器、2048+ 128 B的SRAM，以及3通道10 bit A /D轉換器、4個定時器、2個PWM、2個UART、RTC、看門狗電路、SP I、DES編碼和26個通用I/O。芯片的高度集成結構使其具有高速度、高靈敏度性、低功耗、低成本、集成單片機和位判決、同步、頻率靈活性等特點。通過Chipcon公司提供的Windows界面下使用的SmartRF Studio軟件，CC1010芯片對于不同的應用場合能配置出最佳性能。SmartRF Studio將根據用戶輸入的各項參數給出所有必需的CC1010 芯片配置信息，這些16進制數作為CC1010芯片的配置信息將被輸入到微控制器中。根據配置信息，寄存器能改變以下主要參數：接/發送模式，傳輸率和數據格式（NRZ、曼徹斯*或UART接口），頻率合成主要參數，頻率合成鎖定指示模式，可選RSSI或外部IF以及晶體振蕩開/關模式等。
同時，由于CC1010芯片是以一個有長遠應用背景的8051內核為核心，很多行的8051開發軟件、開發工具，都可以用于該芯片的軟件開發，例如著名的的KEIL C51開發工具和UV2集成開發環境等。
2.2系統無線收發模塊設計
CHI P CON公司的C C 1 0 1 0芯片內部有射頻接收發射器（RFTransceiver），CC1010 UHF RF收發器為低功耗，低電壓應用而設計的，采用的頻率為ISM（IndustrialScientific Medical）頻段，此頻段主要是開放給工業、科學、醫學三個機構使用，和SRD （Short RangeDevice）頻段在315、433、868、915等頻段，但也可以通過軟件編程使其工作在300~1000 MHZ范圍。內部具備快速鎖相環設置功能，可采用跳頻協議。在FSK調制模式下，數據速率可達到76.8K波特。
主要特點： 接收靈敏度-107dBm （典型） ; 輸出功率可以調整，最大+10 dBm。
2.3 USB轉串口芯片的選擇
本系統選擇了FTDI公司推出的FT232RL USB-UART橋聯器，它具有板載EEPROM和主時鐘發生器、3.3V LDO調節器、復位發生器和USB終端電阻。可實現USB到串行UART接口的轉換，也可轉換到同步，異步BIT-BANG接口模式。提供各操作系統下的驅動。FT232RL內部主要由USB收發器、串行接口引擎（SIE）、USB協議引擎、先進先出（FIFO）控制器，波特率發生器、時鐘乘法器/驅動器、3.3V穩壓模塊、內部12MHz的振蕩器和通用異步收發器（UART）控制器等部分組成。
對于與R S 2 3 2 接口部分，UART主要用來完成RS232接口的串行和并行之間的數據轉換。
FT232RL提供完整的信號，使其具有通用性，還可以與除RS232之外的其它通信方式進行轉換。
FT232RL內部的兩個雙口FIFO緩沖區，一個是128字節的發送緩沖器，另一個是256字節的接收緩沖器。他們均用于USB數據和RS232數據的交換緩沖區，UART FIFOController 可以用于處理這兩個緩沖器與UART收發寄存器之間的數據傳輸。
3.軟件部分
在本系統中主要實現的軟件功能主要由3大部分組成：主機程序、從機程序和計算機程序。在各功能模塊中，主機部分主要實現數據的接收和發送給上位機等功能；從機部分主要負責數據采集、發送數據給主機等功能；上位機部分主要實現數據分析和處理得出當前小球的位置和對應實時風速和風向。
在上位機上利用FTDI公司提供的虛擬串行口VCP驅動程序，將USB口虛擬成一個串口，像一個標準的串口那樣進行進行外設和PC機的通信。
主機和從機的軟件在keil c平臺上進行程序設計開發，上位機程序由Visual Basic6.0完成。
4.結論
本文提出的高效的雙經緯儀小球測風系統能夠有效的為掌握一個地區邊界層大氣運動規律，研究大氣污染物稀釋、擴散的規律，為工業布局、城市規劃、新建項目大氣污染預報等提供可靠的資料，具有重要的現實意義。