氣象監測
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氣象監測范文第1篇
隨著人們生活水平的提高，氣象環境參數的關注度越來越高，人們對于環境監測工作的需求也越來越多。發達國家在很久之前就已經建立了其環境監測設備體系，使用環境監測系統二十四小時無間斷地采集氣象數據，觀察環境變化，進行環境治理措施［1］。我國在此方面的研究與實施的手段在近幾年也是層出不窮，比如墨跡天氣推出的“空氣果”，還有海爾的“空氣盒子”［2］，均使用Wi-Fi與手機互聯，但在技術層面上屬于近距離通信，并且價格昂貴，較難實現高可靠性、遠程通信與低成本相統一的便捷化系統。基于此，本文以STM32系列嵌入式控制器、4G通信模塊以及氣象傳感器為基礎，設計并實現出一種通信距離遠、可靠性高、可拓展性強、成本低并且適用于多種實際應用場景的氣象監測系統。
1系統結構及原理
本文設計的目的在于監測環境中的各項參數指標，遠程、實時地反饋給用戶管理平臺，幫助用戶及時獲取數據，分析上傳數據的動態，從而采取相應的措施。該系統分為三個部分：第一部分是各類傳感器，如溫濕度傳感器、大氣壓傳感器、風速風向傳感器等；第二部分是主控板，包括嵌入式單片機（STM32）、無線通信模塊、電源以及RS485接口等各類功能模塊；第三部分是遠端的數據中心管理平臺。系統總體架構如圖1所示：該系統主要完成以下功能：1）數據采集：通過RS485接口采用Modbus協議向傳感器發送請求數據，傳感器收到請求數據便進行環境參數的采集，接著向控制器發送所采集到的數據結果；2）數據處理并上傳：控制器對采集數據進行處理，按照設計的一套通信協議將數據封裝成幀，并對其中的采集數據字段采用AES-128-ECB對稱加密算法進行加密，最后通過EC20模塊進行4G無線網絡的通信將數據包上傳至服務器；3）服務器收到數據包后進行協議解析，包括幀格式檢查、解密、數據校驗等一系列處理，最終將氣象數據存入數據庫中，方便用戶的分析與管理。
2系統硬件設計
2.1主控制器模塊
主控制器采用STMicroelectronics公司推出的STM32F407嵌入式單片機。該處理器擁有Coretx-M4內核，主頻可達168MHz，具有1MBFlash和192kBRAM，也支持DSP功能，它還集成了UART、RS485接口、定時器Timer等眾多外設，可拓展性強、功耗小、性價比高［3］，配合4G模塊可以實現多種功能，適合在本項目中使用。
2.2傳感器模塊
氣象傳感器的選取需要考慮到其采集精度和實時性等，能夠在低成本的情況下保證滿足本項目對精度和響應時間要求。由威海精訊暢通電子科技提供的溫濕度傳感器JXBS-3001-TH普遍適用于溫濕度監測場合，傳感器內輸入電源、感應探頭、信號輸出三部分完全隔離，安全便捷。它采用了高靈敏數字探頭，具有高精度、信號穩定、測量范圍寬、便于安裝、傳輸距離遠等特點［4］。對于溫度測量，在-40~60℃范圍內最大偏差不超過0.5℃；對于濕度測量，在20%~80%RH范圍內最大偏差不超過3%，并且在12V供電的情況下的功率不超過0.15W［5］。選用JXBS-3001-QY作為大氣壓傳感器，它可以精確地測量大氣壓值，適用于各種環境下的氣壓測量，其誤差范圍在常溫下不超過0.15kPa，功率在12V供電下同樣不超過0.15W［6］。將JXBS-3001-FS和JXBS-3001-FX分別作為風速、風向傳感器。其中風速傳感器的誤差值為1m/s，耗電量小于1W；風向傳感器的誤差不超過3°，并且功率同樣小于1W［7］。
2.3RS485接口與Modbus協議
以上所選傳感器均可通過RS485接口與主控制器相連，并使用Modbus協議進行數據通信。RS485接口是儀器儀表和自動化行業內常用的通信接口標準之一，采用異步半雙工通信模式，傳輸方式為差分方式，傳輸介質為雙絞線，通常最遠的通信距離可達1200m［8］。Modbus是一種廣泛應用于工業自動化領域的一種串行通信協議。該協議使用主從技術，即僅一臺設備（主機）能主動發起傳輸或查詢，其它設備（從機）根據主設備查詢提供的數據作出響應。在本系統中，STM32控制器即主機，各類傳感器為從機。
2.4無線通信模塊
通信模塊的選取既要考慮到通信的距離又要保證傳輸的實時性，即要保證高效快捷、可靠地傳輸到遠程服務器。由于4G無線通信的最大數據傳輸速率超過100Mbit/s，并且全國范圍內4G基站可以實現大范圍覆蓋，因此該通信方式在通信距離和傳輸速率上可以得到很好的滿足［9］。QuectelEC20是由上海移遠科技推出的無線通信模塊［10］，它內置了TCP/IP等網絡通信協議，并且可以實現全網通功能，即對于移動、電信、聯通的2G、3G、4G卡都可以很好兼容。不僅如此，該模塊還能夠向下兼容之前的EDGE和GSM/GPRS網絡，讓那些缺乏3G、4G網絡的偏遠地區的用戶也能正常使用。EC20模塊采用標準的MiniPCIe封裝，同時支持LTE，UMTS和GSM/GPRS網絡，最大上行速率為50Mbps，最大下行速率為100Mbps。可以通過AT指令實現4G通信的各種功能。此外，該模塊需要配合SIM卡才能實現4G遠程通信，本文選用了中國移動推出的物理網卡，具有價格低廉的優勢，滿足了本系統低成本的需求。
3系統軟件設計
3.1STM32控制器軟件
開發軟件為KeilμVision5，編寫程序時可以在該平臺上對程序進行調試，最終將代碼以十六進制文件的形式下載到芯片中，來控制芯片對于程序指令的實現，從而控制其它模塊的工作［11］。控制器軟件的主要目的是：①與溫濕度、大氣壓、風速風向等傳感器進行通信，完成數據采集工作；②對采集數據進行處理，以統一的協議格式對采集結果進行封裝，通過4G無線通信模塊上傳至遠程云平臺。整體控制器軟件流程圖如圖2所示。首先進行系統各個模塊的初始化，再由控制器向數據中心發送握手數據包，該包由控制器每隔一定時間發給送數據中心一次（默認為15分鐘），用于向數據中心同步下位機IP及狀態信息。緊接著進入數據采集與數據上傳的循環程序中，用STM32自帶的定時器時鐘來進行周期性計時。當到達采集時間時，控制器會向傳感器發送采集指令，通過RS485接口采用Modbus協議進行通信。傳感器執行完采集工作后以同樣的方式將采集結果返回給控制器，此時若未達到數據包上傳時間則循環至采集判斷步驟；反之，則開始數據包的上傳。在進行數據上傳之前，需要對采集數據按一定的協議打包至規定的幀格式內，采用字節為單位對數據進行封裝。為了提高傳輸可靠性，在數據包頭尾位置設置了長度域與校驗域，以便服務端進行包長度校驗和CRC校驗；為了提高數據可拓展性，將氣象采集數據封裝進包格式中數據域，并使節點數據長度可變。此外，還設置了采集設備基本信息，如采集項目類型放置在類型域，為了讓數據中心獲得該數據包的參數類型；將軟件版本號放置在數據域末端，以便數據中心得知最新的軟件版本。圖3中的數據域存放了采集的環境數據，并且可以選擇是否采用對該部分進行加密。采用的加密算法是AES-128-ECB對稱加密算法，對于不滿16的倍數的部分用PKCS7Padding方式進行填充。密鑰共16個字節，每個環境采集下位機保存自己的密鑰，數據處理中心保存所管理的環境采集節點密鑰。在對數據包進行上傳時，分為兩個步驟：首先發送包含目的IP地址和端口號的AT指令，來建立下位機與服務器之間的Socket連接；當連接建立成功時，即可調用發送函數上傳數據包，若Socket連接失敗，會嘗試重新連接固定次數。為了滿足系統低功耗的需求，在程序運行過程中，模塊僅僅在進行采集和上傳步驟時會開啟，其余時間均保持低功耗休眠狀態。
3.2數據中心管理平臺
對于服務端軟件程序的開發，首先選用了市場上比較熱門的阿里云平臺，它的內部提供了眾多的靈活配置，方便項目開發。圖4顯示了數據管理平臺對于采集數據包的接收處理過程。數據中心管理平臺在正常情況下處于對某端口進行監聽狀態，當收到下位機所上傳的數據包時，首先對數據包進行長度校驗，驗證整個數據包長度是否與數據包長度域數值相等，若相等，則進行下一步幀校驗，否則，直接返回錯誤碼并舍棄該數據包。幀的校驗碼長為16bit，使用CRC-16校驗生成算法產生，當校驗錯誤時，仍然返回錯誤碼，放棄數據包，當校驗正確后，為了讓下位機知曉數據中心以及收到正確的數據包，則需向下位機發送正確返回包。對于數據域的解密同樣采用AES-128-ECB算法，使用的密鑰是與下位機對應的唯一密鑰。最終解密完成后，將采集結果存入數據庫SQLite中，并對其進行可視化處理，以便管理人員直觀地觀測到采集結果并采取應對措施。與此同時，數據中心管理平臺也可以向下位機采集節點發送管理包，其中包含了數據包上傳的周期以及采集點數，這樣可以調控采集節點的采集與上傳的頻率。
4系統測試與分析
為了驗證所設計的氣象監測系統功能是否穩定、性能是否良好，針對實際情況進行了室外實物搭建。在服務器端，數據中心管理平臺對某一特定的端口號時刻保持監聽狀態，并且能夠實時收到上傳數據并解析顯示在窗口上。在數據庫中實時存儲并顯示了采集氣象數據的結果，如圖5所示：圖5采集結果數據庫查詢可以看到各項采集指標在數據庫中各個字段一一對應并顯示了出來，并且測試上傳了5000次采集包，所有采集包均上傳成功，達到了系統運行的可靠性要求。
5結束語
氣象監測范文第2篇
【關鍵詞】電子科技氣象 監測
1 氣象災害對我國生產生活的影響
我國自古就是一個人口眾多的大國，在歷史的長河中人民受到的自然災害數不勝數，直到現在有時人們依舊受到人類不可控的自然現象的影響，例如，中國的汶川地震、印尼的火山爆發、2006年的超級臺風“珍珠”橫行，這些給人類的生產生活造成巨大的影響，對于人類不可控的自然災害，人類需要提前監測，進行科學的管理與規避，使人類減少或免受自然災害的侵害。
傳統的氣象監測系統性能較低，傳輸的速度較慢，且信息傳輸有延時，因此在自然現象發生前不能及時檢測到信息，人類無法規避氣象災害帶來的風險，造成對人類生產生活巨大的威脅。對自然現象的監測，應該使用科學的監測系統，現代氣象監測大量運用互聯網技術，通過監測格點分區域監測氣象環境，在互聯網提速背景下監測信息得以快速傳輸，有效的規避了氣象災害不能及時傳輸帶來的風險。
2 電子科技在氣象監測中的應用
2.1 利用電子標簽對氣象信息進行識別
為了規范監督氣象信息數據統計的系統，在氣象數據系統中加入監督和監測的節點，通過互聯網和數據挖掘技術對氣象數據進行深入分析，針對分析結果做出處理，以此來完善互聯網在氣象中的應用，使氣象數據系統更貼近使用者。監測信息的多樣性和復雜性決定了氣象數據網絡的結構和形式，氣象信息需要根據氣象要素不同的類型通過不同的監測網絡進行收集的，例如，沙漠氣象信息、農林氣象信息、濕地氣象信息等。不同的地域以及不同性質的氣候條件需要收集對應的氣象信息，電子科技技術可以滿足各種氣象要素監測的要求，因此電子科技在氣象監測中發揮了重大的作用。
由于一些監測到的數據非常相似，氣象數據系統的職能識別顯得格外重要。在氣象數據系統中，由于氣象監測的網格化需要，設立了大量氣象監測點，并且在一定的范圍之內每一個地點都設有1個甚至更多的氣象要素監測點，這些監測點需要在同一地區的不同時間段或是同一監測范圍不同的區域，進行連續不斷的監測。針對這種情況，氣象局相關部門依據監測的需要制定出監測點最優位置，自動化氣象監測設備通過對不同地點不同要素的進行唯一身份編碼，這里實際是大量運用了物聯網技術，使得每份氣象信息都能得到快速、精確的傳輸和存儲，最大效能地發揮電子科技在氣象信息中的作用。
2.2 構建氣象監管系統
通過互聯網和物聯網技術利用電子標簽對氣象信息進行編碼后，氣象局構建了科學的氣象監測及監管系統，這樣就可以夠將監管及各監測節點數據及設備的狀態。由于各氣象監測系統是針對不同氣象信息設置的，因此需要利用對應的傳感器技術，將智能的傳感器節點無逢接入氣象信息網絡是離不開網絡監管這一手段的，氣象部門信息系統得到了有力的保護才能通過互聯網搜集氣象信息，分析數據，作出決策。
在氣象監管系統中對氣象信息進行身份識別，通過計算進行多層的部署，設置監管節點位置。利用這些監管的節點在相應的軟件系統中輸入需要識別的信息，這樣在傳輸氣象數據時，可以將監管對應的數據結構與信息一同傳輸，從而將氣象監控系統中的各種信息與氣象監測數據融合在氣象互聯網中。氣象局采用這種方法，一方面可以節省電子標簽的設備費用，另外還可以及時的得到各氣象監測設備的信息。
3 氣象監測未來發展趨勢
改革開放以后我國經濟迅猛發展，九十年代中后期計算機技術也得到極大的發展，特別是微型計算機、通信、傳感器等技術發展和推廣應用，將計算機技術應用到氣象監測中可以解決傳統氣象監測中設備性能低、傳輸速度低、延時較大的缺陷，近期隨著互聯網技術的升級必定將進一步推動氣象信息采集系統技術向微功能、多功能、智能化、高精度、高可靠性的方向快速發展，因此將電子科技融入到氣象監測中可以促進氣象監測的發展，氣象數據收集與分析必將更加及時、高效、完善。
參考文獻
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氣象監測范文第3篇
關鍵詞：自動站 綜合監測 通信設備
中圖分類號：P415 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0107-02
隨著氣象綜合觀測業務的現代化，人工觀測逐步轉為自動觀測。現代化設備的應用，會大幅降低工作人員負擔。但實際情況卻是，綜合觀測的工作量和工作人員心理壓力不降反升。主要表現在：業務質量考核的內容比以住更多，要求更嚴。不但要考核觀測、發報和報表質量，還重點考核數據的可用性和傳輸及時率；與人工觀測設備相比，自動站設備結構復雜，出現故障的概率增大。當設備出現故障后，一般工作人員很難找出原因，更難及時處理故障；新型自動站軟件尚不完善，運行不穩定。
據統計，設備、軟件、網絡故障以及供電不穩定對業務質量的影響，已超過人為原因，成為影響觀測質量的主要因素。
本系統能對影響綜合觀測質量的主要因素進行自動監測，發現異常及時報警。
1 系統主要研究內容及方法
系統能對自動站計算機、自動站軟件、采集器是否正常工作，網絡、市電是否中斷，長Z文件數據是否有缺測、是否進行人工質控、上傳是否及時等進行判斷。發現異常后，根據情況的緊急程度，通過文字、音箱、發送短信或撥打電話報警。
1.1 設備功能及布局圖
如圖1所示。
1.2 監測功能及實現方法
1.2.1 斷市電、自動站計算機工作狀態。
一般說來，設計一個使用市電的USB設備與自動站計算機連接，通過程序檢測其狀態判斷市電是否中斷比較方便。但考慮到，如果安裝本系統的“自動站”計算機出現故障、或上面的監測軟件意外中止，所有監測功能將無效。
因此，本系統增加一臺直接使用市電的“其它計算機”，采用ping命令，判斷“自動站計算機”與“其它計算機”之間的連通性，使兩臺計算機相互監測。既可達到檢測市電是否中斷，“自動站”計算機是否正常工作的目的。兩臺計算機上的監測軟件還可通過數據傳遞方式，判斷對方是否正常運行中，大大增加監測系統的可靠性。
另外，因網線接觸不良、網絡不穩定等原因，網絡出現短暫中斷的情況時有發生，在判斷計算機之間的連通性時，需以一段時間內多次判斷的結果為準，否則，容易出現誤判。
1.2.2 判斷網絡是否連通、自動站軟件以及采集器是否正常工作。
（1）本系統通過掃描服務器端口，檢測“自動站”計算機與“報文上傳服務器（IP：10.203.72.30）”、“報文存儲服務器（IP：10.203.6.7）”的連通狀態，確定網絡是否正常。
如果使用Ping服務器IP的方式判斷網絡連通性，將可能因服務器安全設置影響而不能正常判斷。
（2）通過檢查“通信組網接口軟件”、“自動氣象站監控軟件”是否在進程列表中、分鐘數據文件是否得到更新，綜合判斷自動氣象站軟件及采集器工作狀態。
如“通信組網接口軟件”和“自動氣象站監控軟件”未運行，通過Shell命令將其啟動。
1.2.3 監測長Z文件是否上傳、是否進行質控、數據是否有缺測
在網絡連接正常的情況下，每小時正點后從指定的時間開始，從“報文存儲服務器”以FTP方式下載監測臺站當前時次，當前時刻前最后一次上傳的長Z文件數據進行檢查。
（1）如果當前時次某臺站長Z文件不存在，則確定為“長Z文件未上傳”。
（2）通過長Z文件第一行的“質控碼”，判斷需要人工質控時段的長Z文件是否經過人工質控。
（3）根據臺站觀測項目設置情況，判斷長Z文件中的當前時次應該觀測的項目數據是否有缺測。
如果所有氣象臺站都在某一時刻從服務器上下載文件進行檢測，可能增加服務器負擔，并對通信造成影響。因此，系統開始下載長Z文件時間的分鐘數允許人為設定，秒數由程序隨機生成，可有效避免多個臺站同時下載文件的情況發生。
另外，在同一計算機上，該系統可以通過添加區站號的方式，對多個臺站的長Z文件進行集中監測。
1.2.4 大風監測功能
目前，當出現大風時，新型自動站不會自動報警，并且記錄的終止時間與實際終止時間相差15 min。當可能有大風時，值班員要一直查看大風數據，才能避免遲、漏報現象。
本系統自動讀取FJ.TXT文件第一行，如內容有更新，則根據文件內容計算出大風開始和終止時間，并報警，以方便編發相關報文。
1.3 報警功能及實現方法
當監測到異常情況時，根據情況緊急程度，立即通過文字、音箱、短信、電話等方式提醒值班員和相關管理人員。
1.3.1 通信設備的選擇
為了確保在網絡中斷的情況下，能自動發出短信和撥打相關人員電話，需用獨立、可靠、低使用成本的通信設備。
本系統采用帶“TC35i”芯片的GSM/GPRS調制解調器通過USB接口與自動站計算機連接，通過AT命令實現自動發送短信和撥打電話功能。經實測，該設備穩定可靠，經濟實惠。一般情況下，每月費用（手機卡通信費）在5元以內。
1.3.2 通信時占用系統資源的處理
設備通信測試發現，如在同一應用程序內實現監測及通信功能，則在發送短信和撥打電話時，需要等通信結束后，才能執行監測功能，占用了較多的資源，監控的時效性受到影響。使用多線程編程方法依然不能解決。
本系統監測及通信分別使用獨立的應用程序。在監測程序啟動后，通信程序自動啟動并在后臺運行。需要通信時，監測程序將通信內容、聯系電話等參數傳遞到通信程序。既不影響監測的效率，通信的可靠性又得了保障。
2 系統存在的問題
本系統能及時發現并提醒工作人員處理影響觀測質量的絕大問題，但并未面面具到，功能有不足之處。
（1）未加入數據質量檢查功能，數據是否正確仍需通過自動站軟件判斷（注：自動站軟件已能對數據進行質量檢查）。
（2）當長Z文件上傳到“10.203.72.30”
服務器后，會被轉到“10.203.6.7”服務器存儲，但服務器原因，有時中轉會稍有延遲，而本系統是從設定的時間開始從“10.203.6.7”檢測長Z文件的。如檢測時間過早，偶爾會出現長Z文件已經按時上傳，而誤報“未上傳”的現象，檢測時間過晚，真出現故障時，留給工作人員處理異常的時間將減少。
3 推廣應用情況
本系統適用于所有氣象臺站地面氣象自動站系統。目前，該系統已在貴州省所有氣象臺站推廣使用。各臺站使用后反饋的情況表明，系統運行穩定，效果良好，達到了預期目的。
4 結語
本系統能對影響綜合觀測質量的主要因素，如自動站計算機、自動氣象站軟硬件、網絡、市電等工作情況進行較為全面的監測。發現問題及時報警，提醒相關工作人員對故障進行處理，極大地減輕了值班員心理壓力，減少了工作量，提高了業務質量。
參考文獻
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氣象監測范文第4篇
近年來，經濟的進步為物聯網技術的發展提供了一個全新的契機，使得各行各業在解決相關問題時都有了全新的方法。農業氣象部門也借助這一發展大勢，不斷引進物聯網技術，從而使得相應農業信息的及時性、準確性以及可靠性大大提升，為農業工作的開展奠定了堅實的基礎。現有計算機網絡技術在不斷的拓展當中就形成了物聯網，它在將所有物體連接起來的前提下，實現了全方位的監控，最終為生產力水平的不斷提升打下堅實的基礎[1]。
一、物聯網與互聯網技術的聯網
在不斷的發展中，將更多的物體與現有計算機網絡以及移動通信實現可靠的連接，進而對物體以及數據進行直接、全方位的控制是物聯網最終的形態[2]。這項技術的應用包括計算機的IP地址、手機的SIM卡等等，它的目的主要是進行身份的識別，為后續相關工作的進行打好基礎。但是受科技水平的限制，目前，我國的物聯網都局限于小型的、機構本身的、獨立的網絡，具有多樣性的特點，不利于展開全局性的監控工作。但是農業工作范圍廣，這樣的特點對于物聯?W在農業當中的應用產生了很大的限制，因此本研究引進了帶有電子標簽的身份識別，為農業工作的順利開展打下堅實的基礎。
二、帶有電子標簽的氣象數據
氣象監測數據應該以系統化為終極目標，因此為了達到這樣的效果就應該首先將監測節點連接到整個網絡當中，為后續的身份識別打好基礎。另外要根據農業信息的不同性質對監測網絡以及監測數據進行細化。但是這樣的氣象監測數據也存在某些缺陷，比如對于那些相似的氣象監測數據，這一系統無法做出正確的區分。此外，監測環境的不同也會對相同的監測數據產生不同程度的影響。因此在開展這項工作的時候就應該切實做好身份識別，從而使得內部信息的獲取更加精準。
但是目前，從農業監測的角度來講，統一的身份識別標準是不存在的，因此就應該將通用的身份信息數據結構設計作為目前的重點工作之一，進而使得不同的監測節點能夠被建立起來，使得用戶依據自己特殊的需求去建立相關的氣象監測系統，實現信息的綜合共享。但是應該注意的是，移動終端在這個過程中發揮著重要的責任，它不僅可以查看附近存在的監測系統，而且對于氣象數據的獲取、氣象數據的查看都相當重要[3]。
三、氣象監測系統的技術選擇
（一）氣象監測系統的構建
身份識別只是氣象監測系統構建的基礎步驟，完成這一步驟之后，才可以進行模型的選擇等工作，進而在此基礎上進行有效組網以及現有網絡的有效連接。首先，傳感器技術應該應用到感知層當中，為嵌入式系統的構建打下堅實的基礎；其次，“物體”網絡層當中也應該引進相關的智能處理功能，從而使得傳感器的網絡技術得到最佳的應用。最后，上述工作完成之后，將網關節點與監控主機進行連接，然后將獲取的信息傳輸到監控主機與Internet當中，實現信息的有效共享。在這樣的身份識別過程中沒有電子標簽的有效應用，主要是由于這一過程中缺乏相關的載體所決定的。整個氣象監測系統的構建過程對于氣象監測部門成本的縮減相當關鍵。另外，應該進行應用層的構建，在對氣象數據進行監控的過程中，系統可以定期自行獲取相關信息，然后進行自主的分析處理，為后續工作的開展起到基礎性的作用。
（二）農業氣象監測網絡的通信協議
每個既定的網絡系統都會存在一個通信協議，從而實現對于信息的自行監測和定位。而農業氣象監測網絡中通信協議的存在主要是為了完成信息的傳輸。無線傳感器網絡技術以通信方式的角色存在，再加上紅外、藍牙等相應的設計就可以實現無線通信協議的有效構建。但是上述設計在實際工作的過程中并不符合規模大、功耗大的特點，因此ZigBee協議在這樣的網絡中就會發揮出應有的作用。該協議包括兩個方面的設備――Full Function Device（FFD）和Reduced Function Device（RFD）。兩種設備的簡易程度不一，而且前者比后者擁有更大的內存，進而就可以完成更多的功能。協調器節點、終端節點以及路由器節點是網絡節點的三種不同身份[4]。第一，協調器節點一般只有一個，它的主要作用是建立相應的網絡，為后續工作的開展打好基礎；第二，多個路由器節點可以在相互配合的過程中實現與終端節點的有效連接；如果需要，它還可以完成數據轉發等不同的任務；第三，除上述兩種節點之外的節點為終端節點，它可以不通過任何連接而實現對于網絡的直接加入，主要負責數據的傳輸以及通信的實現。
綜上所述，物聯網相關設備的特點與無線傳感器網絡需求相符，而且對于氣象監測環境的有效運行具有很重要的作用。氣象數據的傳輸是整個工作當中最重要的一個部分。但是在實際工作當中各個節點所需要數據量不是很大，因此只要較低的速率就可以實現。不同節點與網絡協議在相互配合的過程中可以形成很大規模的網絡，大大提高監測效率以及質量，為監測系統的穩定性打下堅實的基礎。
氣象監測范文第5篇
關鍵詞：STM32 微氣象 GPRS 輸電線路
中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0081-02
Remote Monitoring System for the Micrometeorology of Transmission Lines
Abstract:In this paper, STM32 family of processors as the main chip, multiple sensors into a piece of equipment, so a device can simultaneously monitor monitoring of many micro-meteorological data. Through wireless GPRS DTU connected the control chip can achieve remote wireless data transmission, and on this basis to achieve a wide range of micro-meteorological monitoring of transmission lines.
Key word:STM32, micro-meteorology, GPRS, transmission lines
隨著國民經濟的快速發展及全國聯網戰略的實施,電網處于前所未有的快速發展時期，我國幅員遼闊,氣候差異大,惡劣的氣象條件對日益龐大的電網安全運行的影響程度也會隨之增加。為此，電網企業應完善氣象預警機制，設計電網電路的微氣象監測系統，確保電網可以安全穩定的運行。
1、系統總體設計方案
微氣象監測終端對輸電線路區域微氣象條件進行在線監測，監測的主要氣象參數包括風向、風速、濕度、溫度、大氣壓、降雨量、日照輻射，其中風向、溫度、日照輻射為模擬量。圖1為微氣象監測終端原理圖，主要包括以下幾個部分：
1.1 采集模塊
根據采集對象不同，數據采集模塊也可劃分為不同部分，如風向、風速、濕度、溫度、日照輻射等模塊。其中風向、日照輻射是模擬量，經16位的ADC進行模數轉換，通過串口和主控模塊相連接。其余的氣象參數通過傳感器得到的采集數據為數字量或為一定的頻率脈沖。
1.2 以STM32F103C為核心的主控模塊
主控模塊驅動系統運行，負責數據存儲、處理以及傳輸，并向采集模塊以及通信模塊提供數據接口。
1.3 通信模塊
通信模塊選用GPRS DTU(數據終端單元)為通信中繼，以無線的方式接入移動GPRS,將采集到的數據傳輸到數據服務中心。其中，GPRS DTU通過USART2接口與主控芯片相連接，實現數據通信。
1.4 電源模塊
根據檢測系統的無線化的組網方案及環境需求，系統采用太陽能電池供電。
1.5 防雷設計
考慮到監測終端是安裝在輸電線路桿塔上的，環境可能較偏僻、惡劣，因此監測終端還采用了防雷設計。
2、MCU電路設計
2.1 STM32系列微控制器介紹
STM32系列微控制器兼有低功耗及多種省電工作模式，能夠優化工業設備、醫療設備、物業控制設備和計算機外設等產品的性能。
在設計中，充分分析了MCU選擇原則后，并對比STM32系列芯片特點，最終選用STM32系列中的STM32F103C8作為控芯片。ST提供了完整高效的開發工具（Keil MDK和IAR EWARM）及庫函數。軟件包所提供的驅動覆蓋了從GPIO到定時器、CAN、I2C、SPI、USART等所有標準外設。STM32FI03C8性價比較高，具有3個USART接口、2個I2C接口、37個GPIO、3個16位定時器，片上豐富的存儲器及外設資源能夠很好的滿足系統的功能實現，能夠達到微氣象控制系統的設計需求。
2.2 MCU電路設計
MCU電路主要包括傳感器輸入信號、通信接口、晶振電路、復位電路及BOOT選擇電路。如圖2所示：
參考文獻
[1]魏洪興主編.嵌入式系統設計師教程.北京:清華大學出版社,2006.
[2]意法半導體STM32系列STM32F10332位微控制器.今日電子.2008,2:61-62.
