氣候是長時間內氣象要素和天氣現象的平均或統計狀態，時間尺度為月、季、年、數年到數百年以上。農田氣候一般指距農田地面幾米內的空間氣候，是各種動物、植物和微生物賴以生存的空間氣候。農田氣候要素包括太陽輻射、大氣溫度、大氣濕度、風速等。農田氣候隨時間、地點、空間發生變化，對農田作物的生長、發育與產量影響巨大。采集與處理農田氣候信息，以便對農業生態環境進行模擬、調節和控制。
農田氣候信息采集處理系統（即自動氣象站）是一個功能擴張的單片機應用系統，是一種按設定的要求對多項氣象要素自動進行采集、處理、存儲和編制報表的地面氣象監測設備，通常由氣候信息采集模塊、數據通信輸出模塊和單片機功能擴展模塊等三部分組成(圖2-9)。
圖2-9 CAWS600地面氣象監測站的組成
1．信息采集模塊
隨著氣象要素值的變化，自動氣象站各傳感器的感應元件輸出的電量產生變化，該變化被CPU實時控制的數據采集器所采集，經過線性和定量化處理，實現工程量到要素量的轉換，再對數據進行篩選，得出各個氣象要素值，并按照一定的格式存儲在采集器中。數據采集器有十五六個數據通道，由多路開關分時選通，完成空氣溫度、空氣濕度、光輻射、地面風速以及土壤熱通量等氣候信息的采集。
(1)土壤熱通量信息采集。采用熱流量傳感器（以電壓信號方式輸出）測定土壤熱流量，以便了解近地面環境中能量的流動和氣候的發展趨勢。
(2)空氣溫度信息采集。溫度傳感器中的敏感元件常用的有熱敏電阻和半導體PN(positive and negative)結，分別利用其電阻或電壓與溫度的線性關系來檢測溫度信息。鉑電阻氣溫傳感器是將鉑電阻絲燒制在細小的玻璃棒或者瓷板上，外面有金屬保護管。0℃時鉑電阻的電阻值為100Ω，鉑電阻的電阻值隨溫度升高呈現非線性增大，經過標定就可求出不同電阻時的溫度值。鉑電阻地溫傳感器與氣溫傳感器測量原理相同，需要埋人淺層土壤中來觀測5～20cm地溫。
(3)空氣濕度信息采集。濕敏電容濕度傳感器是用有機高分子膜做介質的一種小型電容器（圖2-10）。當空氣中的水汽透過上電極時，其介電層吸水導致介電常數和電容量變化，電容量變化與相對濕度成正比。在高溫和高濕條件下，濕敏電容傳感器會對低濕反應顯現癱瘓效應。此外，濕度傳感器中的濕敏元件還有毛發、尼龍、電解質、半導體、陶瓷等。但至今尚未制成長期穩定、可靠的濕敏元件。
圖2-10 濕敏電容濕度傳感器
遙測通風干濕球傳感器中的干球和濕球感應元件是性能相同的兩支鉑電阻溫度傳感器。濕球溫度傳感器的感應部位套有紗布套，通過上部儲水箱濕潤紗布。采用干濕球查算法測量相對濕度，濕度查算表存儲于計算機中，能自動連續進行采集計算。
(4)太陽輻射信息采集。輻射能的測量基于輻射的熱效應，通過熱電元件測定溫差電動勢來計算輻射能。輻射傳感器屬于熱電型傳感器，由感應面和熱電堆組成（圖2-11）。當太陽光投射到輻射傳感器時，感應面黑色部分吸收輻射能增熱，使位于其下的熱電堆形成溫度差，產生溫差電動勢，太陽輻射強度和溫差電動勢基本呈線性關系。而光照強度通常利用光敏元件將光強直接轉換為電壓量進行檢測。
圖2-11 輻射傳感器
(5)日照時數信息采集。雙金屬片日照傳感器是由相互均勻隔開的6對雙金屬黑化元件組成，當照射到傳感器上的直接輻射大于設定閾值(120W／m2)時，被照射的那對金屬片受熱接觸閉合形成電流回路，接觸閉合的開始時間和持續時間被采集器作為有日照時間記錄下來。
(6)風速與風向信息采集。三杯風速傳感器通常采用碳纖維增強塑料制成，當風杯轉動時帶動同軸的多齒截光盤轉動，使其下光敏三極管接收其上發光二極管的光線而導通或者截止，通過計數器記錄與風杯轉速成正比的脈沖信號，利用風速V與風杯線速度u的關系(V=a+bu+cu2，a、b、c為儀器常數)，就可換算出實際風速值。風向采用單翼風標傳感器，采用編碼式角位移傳感器進行檢測，風標轉動時帶動格雷碼盤輸出分辨率為2.8。的7位格雷碼，從而確定與正北的方位角而記錄風向變化。
(7)降雨信息采集。常用自動測量雨量的傳感器有翻斗式雨量傳感器和雙閥容柵式雨量傳感器。翻斗雨量傳感器主要由承水器、過濾漏斗、翻斗、干簧管和底座等組成。降水通過承水器、過濾漏斗流入翻斗里，當翻斗流人一定量的雨水后，翻斗翻轉倒空斗里的水，每次翻轉動作通過干簧管轉換成脈沖信號(1脈沖為0. 1mm)傳輸到采集器，記錄翻斗翻轉次數（每次為0. 1mm降水量），進而就可推算出降水量。容柵式雨量傳感器主要由承水器、儲水室、浮子與感應極板以及信號處理電路組成。利用儲水室內浮子隨雨量上升帶動感應極板，使容柵移位感應器產生電容量的變化，經轉換為位移計量數據就可得到降水量值（圖2-12）。
(8)氣壓信息采集。電測氣壓傳感器包括振筒式和膜盒電容式。振筒式氣壓傳感器是由兩個一端密封的同軸圓筒組成，位于內振筒中央的線圈架上，相互垂直安裝了激振線圈和拾振線圈，能夠激勵和檢測內振筒的振動頻率（圖2-13）。大氣壓力使內筒壁表面壓力緊張，振筒的固有頻率隨大氣壓力增加而增加，測定其頻率即可得到大氣壓力。膜盒式電容氣壓傳感器的感應元件是金屬和單晶體真空膜盒，大氣壓力變化使膜盒彈性膜片產生形變，引起電容量改變，通過測定電容量即可計算大氣壓力。
圖2-12 雙閥容柵式雨量傳感器
圖2-13 振筒式氣壓傳感器的結構圖
(9)蒸發信息采集。蒸發傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒組成，應用高精度超聲波探頭，根據超聲波測距原理，能夠自動測量蒸發筒內水面高度的連續變化，采集器自動計算出每小時和每天的蒸發量，并自動減去同時段內的降水量。測量范圍為0～100mm，分辨率為0.1mm，測量準確度為±1.5%。
2．數據通信輸出模塊
采集處理系統為方便數據處理、數據存儲和圖形顯示，設置了數據通信輸出通道，通過RS-232-C串行通信總線（適宜于30m內）和20mA電流環（遠距離），將數據送入系統主機，以便對數據做進一步的處理、分析。
3．系統功能擴展模塊
為了適應農田氣候信息采集、存儲、處理的需要，增強單片機系統的功能，系統外擴展了程序存儲器、數據存儲器、輸入／輸出口以及定時器／計數器。