一種數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)，包括單片機(jī)、副載波振蕩器、載波振蕩器、淬頻振蕩器和發(fā)射天線；單片機(jī)通過副載波振蕩器與載波振蕩器相連；淬頻振蕩器和發(fā)射天線分別與載波振蕩器相連。利用本實(shí)用新型發(fā)射系統(tǒng)能有效進(jìn)行探空儀信號(hào)發(fā)射，結(jié)構(gòu)簡單、頻率諧調(diào)方便。
【專利說明】
一種數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于氣象技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于氣象探測(cè)的數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣環(huán)境和我們的生活息息相關(guān)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們對(duì)大氣環(huán)境的認(rèn)識(shí)也越來越深刻。氣象探測(cè)是通過探測(cè)地球大氣的溫度、濕度和氣壓等要素的垂直分布情況來了解和預(yù)報(bào)天氣情況，這與人們?nèi)粘Ｉ钣兄芮新?lián)系。無線電探空儀因其探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高效，已成為高空氣象探測(cè)中最常用的探測(cè)工具。探空儀作為一個(gè)便攜式的自供電設(shè)備隨氣球升空，不再回收。這種工作模式就要求它體積小、重量輕、可靠性高、成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種重量輕、體積小、使用便攜、成本低的發(fā)射系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)，包括單片機(jī)、副載波振蕩器、載波振蕩器、淬頻振蕩器和發(fā)射天線;單片機(jī)通過副載波振蕩器與載波振蕩器相連;淬頻振蕩器和發(fā)射天線分別與載波振蕩器相連。
[0005]副載波振蕩器包括調(diào)制電路和負(fù)壓產(chǎn)生電路;單片機(jī)依次通過調(diào)制電路、負(fù)壓產(chǎn)生電路與載波振蕩器相連。
[0006]發(fā)射天線采用線狀陣子天線。
[0007]本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):利用本實(shí)用新型發(fā)射系統(tǒng)能有效進(jìn)行探空儀信號(hào)發(fā)射，結(jié)構(gòu)簡單、頻率諧調(diào)方便。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0009]圖2為圖1中調(diào)制電路的原理圖；
[0010]圖3為圖1中負(fù)壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0011]圖4為圖1中淬頻振蕩器的電路原理圖；
[0012]圖5為圖1中載波振蕩器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)包括單片機(jī)、副載波振蕩器、載波振蕩器、淬頻振蕩器和發(fā)射天線。副載波振蕩器包括調(diào)制電路和負(fù)壓產(chǎn)生電路;單片機(jī)依次通過調(diào)制電路、負(fù)壓產(chǎn)生電路與載波振蕩器相連。淬頻振蕩器和發(fā)射天線分別與載波振蕩器相連。
[0015]單片機(jī)采用PIC系列單片機(jī)，產(chǎn)生32.7KHz信號(hào)，探空儀上傳感器將采集到的氣象信息輸入至單片機(jī)內(nèi)，該Ρ、τ、υ信息(氣壓、溫度、濕度傳感器信息)經(jīng)調(diào)制電路后被調(diào)制到32.7KHz方波信號(hào)上，調(diào)制后的32.7KHz方波信號(hào)經(jīng)負(fù)壓產(chǎn)生電路(如圖3所示)，通過放大、反相和改變占空比，產(chǎn)生負(fù)壓后，才能按照系統(tǒng)指標(biāo)的要求去調(diào)制載波信號(hào)。
[0016]結(jié)合圖2，調(diào)制電路包括PI，P2，P3，U2，U3，所述PI的I引腳連接在Rl與Cl之間，Cl另一端接地，RI另一端接電源;所述P2的I引腳懸空，2引腳接P0RT2，3引腳地，4引腳連接R2，R2的另一端接ACC;所述P3的1、2引腳接VCC，3引腳接地;單片機(jī)Ul的9、1引腳連接Yl、C2、C3然后接地，所述U2的1、2引腳接P0RT2，3引腳接Ul的13引腳，4、5引腳接Ul的24引腳，7引腳接地，8引腳接32.7KHz，8引腳接Ul的12引腳14引腳連接VCC和C4，C4接地。所述U3的1、2引腳接Ul的17引腳，14引腳接VCC5，其中C6與C5并聯(lián)后接地。
[0017]結(jié)合圖3，負(fù)壓產(chǎn)生電路包括025、024、09、(:16、1?23、1?3、1?4、1?5、1^1、￥1、￥2、￥3、￥6、V7，所述的R3、R4并聯(lián)后接地，所述R23與C9串聯(lián)在V2的基極，Vl—端接在C9與V2基極之間，一端接地;所述的R5與RPl連接在V3的集電極，C16與V7串聯(lián)后接地，V6—端接在C16與V7之間，一端接在32.7KHz負(fù)壓信號(hào)的輸出上。從Ul的8引腳輸出32.7KHz的方波信號(hào)經(jīng)過C25、C24濾波，R23減小幅值，C9濾波直流分量后，輸出的方波信號(hào)產(chǎn)生負(fù)壓。方波信號(hào)經(jīng)過C9后的負(fù)壓和正壓幅度并不是等分的，主要是Vl的作用，當(dāng)32.7KHz交流信號(hào)到達(dá)二極管Vl的負(fù)極時(shí)，負(fù)壓通過Vl到地，由于地是“O”電位，而Vl通過的導(dǎo)通電壓在0.6-0.7V之間，所以C9輸出的正弦波的負(fù)壓被限制在-0.6—0.7V。當(dāng)V2，V3都導(dǎo)通時(shí)，C9輸出的方波信號(hào)，經(jīng)過V2、V3的兩個(gè)b-e接到地。32.7KHZ方波信號(hào)經(jīng)過V2、V3放大、反相后，經(jīng)過可調(diào)電位器RPl降幅，C16濾除直流分量后，輸出的信號(hào)負(fù)壓測(cè)得在-11.2V左右，正壓則由于V6、V7限幅，負(fù)壓通過V6直接加載到振蕩管V8的基極。
[0018]傳感器輸入的氣象信息二進(jìn)制碼通過P2端子的P0RT2端口輸入到與門器件U2的1、2腳，二者相與之后輸入到單片機(jī)Ul的13引腳。經(jīng)過Ul控制程序處理后，從Ul的17腳RC6輸出，經(jīng)過與非門U3反相處理后，再輸入到與門U2的10腳，該反相信號(hào)通過Ul的12腳RCl輸出的32.7KHz的方波信號(hào)相與，之后從Ul的8腳輸出到后續(xù)負(fù)壓產(chǎn)生電路。這樣，通過對(duì)氣象信息二進(jìn)制碼的反相;實(shí)現(xiàn)數(shù)字O狀態(tài)，發(fā)射機(jī)受32.7KHzd的方波調(diào)制;數(shù)字I狀態(tài)，發(fā)射機(jī)只受800KH調(diào)制。
[0019]如圖4所示，淬頻振蕩器為一個(gè)電容三點(diǎn)式的振蕩器，用以產(chǎn)生淬頻信號(hào)。淬頻信號(hào)是用于控制振蕩器的間歇振蕩狀態(tài)，通過周期性的強(qiáng)制關(guān)閉振蕩管起振，使其穩(wěn)定在某一頻率。當(dāng)外界信號(hào)激勵(lì)時(shí)，就會(huì)改變振蕩器的起振狀態(tài)，或者是延長飽和狀態(tài)的振蕩時(shí)間，或是增大不飽和狀態(tài)時(shí)振蕩信號(hào)的幅度。這樣就使得振蕩器輸出的信號(hào)包絡(luò)與無外界激勵(lì)時(shí)的信號(hào)包絡(luò)明顯不同，從而便于后續(xù)接收電路識(shí)別和解調(diào)。SOOKHz的淬頻信號(hào)，是一種正玄波，用來提高再生應(yīng)答的接收靈敏度，由本實(shí)用新型淬頻振蕩器產(chǎn)生的。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，處于超再生工作狀態(tài)的載波振蕩器，在受到SOOKHz正玄波信號(hào)淬頻的影響下，載波振蕩器應(yīng)答的重復(fù)頻率與淬頻相等，此狀態(tài)稱為“同步”或稱基本頻率的“擒獲”。在這種同步狀態(tài)下，載波振蕩器振蕩狀態(tài)下不能達(dá)到飽和，稱之為“欠飽和”。一旦接收到地面雷達(dá)
0.Sus詢問脈沖后，載波振蕩器在0.Sus期間內(nèi)產(chǎn)生諧振蕩，振蕩強(qiáng)度立即從“欠飽和”達(dá)到飽和，從而使這個(gè)飽和狀態(tài)下的淬頻幅度高于其他淬頻幅度，稱之為應(yīng)答“鼓包”。在0.8us諧振蕩期間，超高頻晶體管基極回路電流增大，使負(fù)偏壓降低，造成“鼓包”后的第一個(gè)淬頻“失步”，這樣就會(huì)在一連串800KHz間歇振蕩頻率中，少了一個(gè)800KHz波形，故而形成“缺□ ”。
[0020]載波振蕩器，用于產(chǎn)生1.675GHz的超高頻信號(hào)，作為探空儀的載波信號(hào)，800KHz的淬頻信號(hào)和32.7KHz方波信號(hào)都要調(diào)制到該載波信號(hào)上，然后通過前端的發(fā)射天線發(fā)射出去。當(dāng)?shù)孛胬走_(dá)接收到該探空儀發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的載波信號(hào)后，通過檢波獲得的信號(hào)就包括三個(gè)信號(hào):800KHz淬頻信號(hào)，根據(jù)800KHz淬頻信號(hào)的“鼓包”和“缺口”，可獲得探空儀的實(shí)時(shí)高度信息。通過解調(diào)32.7副載波(32.7KHz方波信號(hào))即可獲得信息二進(jìn)制碼。
[0021]結(jié)合圖4，淬頻振蕩器包括R9、Rl 1、R6、R7、R8、Cl 7、C27、Cl 5、V5。結(jié)合圖5所示，載波振蕩器是由超高頻晶體管V9，電阻R10、R13、R14、R15、R16，電位器RP2，電感L12、L3、L4，電容C18、C19、C20、C22、C26、C29、可變電容C8和變壓器Tl構(gòu)成。Rll與C17并聯(lián)后，一端接R9，另一端接到V5的基極，C15與R7串聯(lián)后、與R6、R8并聯(lián)連接在V5的發(fā)射極，C27與V5并聯(lián)后接在Tl的I引腳。C18—端連接Tl的4引腳，另一端接地。R13、R14與RP2串聯(lián)后，一端分別接與RlO—端和電源VCC12相連，另一端接Tl的3引腳，RlO另一端接Tl的4引腳。C19與C20分別接T的3與2引腳，然后接地。所述的L12—端接電源VCC12，另一端與R15和R16并聯(lián)后接V9的集電極，C22—端接地，另一端接V9的集電極，C8與C26串聯(lián)后接在V8的基極，L4 一端接V8的發(fā)射極，L3和C29并聯(lián)后一端與L4另一端相連，另一端接地。C19與C20在載波振蕩器電路中是耦合電容，C22、C29是振蕩電容，振蕩電路的選頻電路是C29與L3并聯(lián)后再分別和C22、L4串聯(lián)構(gòu)成諧振選頻電路，電容C26放在V9的基極是用來高頻濾波的，既濾除振蕩器輸出信號(hào)包含的高次諧波分量，也濾除天線接收的載波信號(hào)的高次諧波分量。電感L12接在電源端是為了保護(hù)電源，阻止超高頻振蕩信號(hào)饋入電源造成電源損壞。C22也是用來濾除振蕩信號(hào)里的高次諧波，以防止它對(duì)電源信號(hào)的干擾。電阻R15、R16并聯(lián)連接在電源和三極管V9的集電極之間，既是為了給三極管V9設(shè)置合適的集電極靜態(tài)工作點(diǎn)，也是引入電流負(fù)反饋，當(dāng)振蕩管集電極電流增大時(shí)，R15、R16的兩端電壓增大，從而減小了振蕩器集電極電壓，進(jìn)而減小集電極電流，從而保護(hù)振蕩管V9，以免集電極電流過大而擊穿。使用兩個(gè)電阻并聯(lián)在電源和三極管V9的集電極兩端也是防止集電極電流過大燒穿電阻，并聯(lián)可以分流，減小每個(gè)電阻的負(fù)荷。氣象信號(hào)經(jīng)過副載波振蕩器調(diào)制后，依次通過電容C26和可變電容CS輸入到探空儀天線上。
[0022]發(fā)射天線安裝在發(fā)射系統(tǒng)前端，并隨探空氣球升上天空，而且是一次性的，不可回收的，所以對(duì)天線的要求必須成本低、簡單、方便、實(shí)用。探空儀發(fā)射天線選用線狀陣子天線，線狀陣子天線簡單方便、成本低。線狀陣子天線包括單極子天線和偶極子天線?？紤]到當(dāng)陣子天線的一臂加在發(fā)射機(jī)PCB前端后，陣子天線的一臂和PCB板長條狀的金屬地等效構(gòu)成了一個(gè)偶極子天線，當(dāng)然該偶極子天線的兩臂不一定等長。由于發(fā)射機(jī)PCB板尺寸是固定的，即該偶極子天線的一臂是固定的，所以這里只需設(shè)計(jì)該線狀陣子天線的另一臂。
[0023]以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)、副載波振蕩器、載波振蕩器、淬頻振蕩器和發(fā)射天線;所述單片機(jī)通過副載波振蕩器與載波振蕩器相連;所述淬頻振蕩器和發(fā)射天線分別與所述載波振蕩器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述副載波振蕩器包括調(diào)制電路和負(fù)壓產(chǎn)生電路;所述單片機(jī)依次通過調(diào)制電路、負(fù)壓產(chǎn)生電路與載波振蕩器相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射天線采用線狀陣子天線。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字探空儀發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述載波振蕩器由超高頻晶體管￥9，電阻1?10、1?13、1?14、1?15、1?16，電位器1^2，電感1^12、1^3、1^4，電容(:18、(:19、020、022、C26、C29、可變電容C8和變壓器Tl構(gòu)成；C18—端連接Tl的4引腳，另一端接地；R13、R14與RP2串聯(lián)后，一端分別接與RlO—端和電源VCC12相連，另一端接Tl的3引腳，RlO另一端接Tl的4引腳;C19與C20分別接T的3與2引腳，然后接地;所述L12—端接電源VCC12，另一端與R15和R16并聯(lián)后接V9的集電極，C22—端接地，另一端接V9的集電極，C8與C26串聯(lián)后接在V8的基極，L4一端接V8的發(fā)射極，L3和C29并聯(lián)后一端與L4另一端相連，另一端接地。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK205643751SQ201620460508
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】張衛(wèi)國, 張穎超, 程恩路, 賀磊
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)