气象监测
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气象监测范文第1篇
随着人们生活水平的提高，气象环境参数的关注度越来越高，人们对于环境监测工作的需求也越来越多。发达国家在很久之前就已经建立了其环境监测设备体系，使用环境监测系统二十四小时无间断地采集气象数据，观察环境变化，进行环境治理措施［1］。我国在此方面的研究与实施的手段在近几年也是层出不穷，比如墨迹天气推出的“空气果”，还有海尔的“空气盒子”［2］，均使用Wi-Fi与手机互联，但在技术层面上属于近距离通信，并且价格昂贵，较难实现高可靠性、远程通信与低成本相统一的便捷化系统。基于此，本文以STM32系列嵌入式控制器、4G通信模块以及气象传感器为基础，设计并实现出一种通信距离远、可靠性高、可拓展性强、成本低并且适用于多种实际应用场景的气象监测系统。
1系统结构及原理
本文设计的目的在于监测环境中的各项参数指标，远程、实时地反馈给用户管理平台，帮助用户及时获取数据，分析上传数据的动态，从而采取相应的措施。该系统分为三个部分：第一部分是各类传感器，如温湿度传感器、大气压传感器、风速风向传感器等；第二部分是主控板，包括嵌入式单片机（STM32）、无线通信模块、电源以及RS485接口等各类功能模块；第三部分是远端的数据中心管理平台。系统总体架构如图1所示：该系统主要完成以下功能：1）数据采集：通过RS485接口采用Modbus协议向传感器发送请求数据，传感器收到请求数据便进行环境参数的采集，接着向控制器发送所采集到的数据结果；2）数据处理并上传：控制器对采集数据进行处理，按照设计的一套通信协议将数据封装成帧，并对其中的采集数据字段采用AES-128-ECB对称加密算法进行加密，最后通过EC20模块进行4G无线网络的通信将数据包上传至服务器；3）服务器收到数据包后进行协议解析，包括帧格式检查、解密、数据校验等一系列处理，最终将气象数据存入数据库中，方便用户的分析与管理。
2系统硬件设计
2.1主控制器模块
主控制器采用STMicroelectronics公司推出的STM32F407嵌入式单片机。该处理器拥有Coretx-M4内核，主频可达168MHz，具有1MBFlash和192kBRAM，也支持DSP功能，它还集成了UART、RS485接口、定时器Timer等众多外设，可拓展性强、功耗小、性价比高［3］，配合4G模块可以实现多种功能，适合在本项目中使用。
2.2传感器模块
气象传感器的选取需要考虑到其采集精度和实时性等，能够在低成本的情况下保证满足本项目对精度和响应时间要求。由威海精讯畅通电子科技提供的温湿度传感器JXBS-3001-TH普遍适用于温湿度监测场合，传感器内输入电源、感应探头、信号输出三部分完全隔离，安全便捷。它采用了高灵敏数字探头，具有高精度、信号稳定、测量范围宽、便于安装、传输距离远等特点［4］。对于温度测量，在-40~60℃范围内最大偏差不超过0.5℃；对于湿度测量，在20%~80%RH范围内最大偏差不超过3%，并且在12V供电的情况下的功率不超过0.15W［5］。选用JXBS-3001-QY作为大气压传感器，它可以精确地测量大气压值，适用于各种环境下的气压测量，其误差范围在常温下不超过0.15kPa，功率在12V供电下同样不超过0.15W［6］。将JXBS-3001-FS和JXBS-3001-FX分别作为风速、风向传感器。其中风速传感器的误差值为1m/s，耗电量小于1W；风向传感器的误差不超过3°，并且功率同样小于1W［7］。
2.3RS485接口与Modbus协议
以上所选传感器均可通过RS485接口与主控制器相连，并使用Modbus协议进行数据通信。RS485接口是仪器仪表和自动化行业内常用的通信接口标准之一，采用异步半双工通信模式，传输方式为差分方式，传输介质为双绞线，通常最远的通信距离可达1200m［8］。Modbus是一种广泛应用于工业自动化领域的一种串行通信协议。该协议使用主从技术，即仅一台设备（主机）能主动发起传输或查询，其它设备（从机）根据主设备查询提供的数据作出响应。在本系统中，STM32控制器即主机，各类传感器为从机。
2.4无线通信模块
通信模块的选取既要考虑到通信的距离又要保证传输的实时性，即要保证高效快捷、可靠地传输到远程服务器。由于4G无线通信的最大数据传输速率超过100Mbit/s，并且全国范围内4G基站可以实现大范围覆盖，因此该通信方式在通信距离和传输速率上可以得到很好的满足［9］。QuectelEC20是由上海移远科技推出的无线通信模块［10］，它内置了TCP/IP等网络通信协议，并且可以实现全网通功能，即对于移动、电信、联通的2G、3G、4G卡都可以很好兼容。不仅如此，该模块还能够向下兼容之前的EDGE和GSM/GPRS网络，让那些缺乏3G、4G网络的偏远地区的用户也能正常使用。EC20模块采用标准的MiniPCIe封装，同时支持LTE，UMTS和GSM/GPRS网络，最大上行速率为50Mbps，最大下行速率为100Mbps。可以通过AT指令实现4G通信的各种功能。此外，该模块需要配合SIM卡才能实现4G远程通信，本文选用了中国移动推出的物理网卡，具有价格低廉的优势，满足了本系统低成本的需求。
3系统软件设计
3.1STM32控制器软件
开发软件为KeilμVision5，编写程序时可以在该平台上对程序进行调试，最终将代码以十六进制文件的形式下载到芯片中，来控制芯片对于程序指令的实现，从而控制其它模块的工作［11］。控制器软件的主要目的是：①与温湿度、大气压、风速风向等传感器进行通信，完成数据采集工作；②对采集数据进行处理，以统一的协议格式对采集结果进行封装，通过4G无线通信模块上传至远程云平台。整体控制器软件流程图如图2所示。首先进行系统各个模块的初始化，再由控制器向数据中心发送握手数据包，该包由控制器每隔一定时间发给送数据中心一次（默认为15分钟），用于向数据中心同步下位机IP及状态信息。紧接着进入数据采集与数据上传的循环程序中，用STM32自带的定时器时钟来进行周期性计时。当到达采集时间时，控制器会向传感器发送采集指令，通过RS485接口采用Modbus协议进行通信。传感器执行完采集工作后以同样的方式将采集结果返回给控制器，此时若未达到数据包上传时间则循环至采集判断步骤；反之，则开始数据包的上传。在进行数据上传之前，需要对采集数据按一定的协议打包至规定的帧格式内，采用字节为单位对数据进行封装。为了提高传输可靠性，在数据包头尾位置设置了长度域与校验域，以便服务端进行包长度校验和CRC校验；为了提高数据可拓展性，将气象采集数据封装进包格式中数据域，并使节点数据长度可变。此外，还设置了采集设备基本信息，如采集项目类型放置在类型域，为了让数据中心获得该数据包的参数类型；将软件版本号放置在数据域末端，以便数据中心得知最新的软件版本。图3中的数据域存放了采集的环境数据，并且可以选择是否采用对该部分进行加密。采用的加密算法是AES-128-ECB对称加密算法，对于不满16的倍数的部分用PKCS7Padding方式进行填充。密钥共16个字节，每个环境采集下位机保存自己的密钥，数据处理中心保存所管理的环境采集节点密钥。在对数据包进行上传时，分为两个步骤：首先发送包含目的IP地址和端口号的AT指令，来建立下位机与服务器之间的Socket连接；当连接建立成功时，即可调用发送函数上传数据包，若Socket连接失败，会尝试重新连接固定次数。为了满足系统低功耗的需求，在程序运行过程中，模块仅仅在进行采集和上传步骤时会开启，其余时间均保持低功耗休眠状态。
3.2数据中心管理平台
对于服务端软件程序的开发，首先选用了市场上比较热门的阿里云平台，它的内部提供了众多的灵活配置，方便项目开发。图4显示了数据管理平台对于采集数据包的接收处理过程。数据中心管理平台在正常情况下处于对某端口进行监听状态，当收到下位机所上传的数据包时，首先对数据包进行长度校验，验证整个数据包长度是否与数据包长度域数值相等，若相等，则进行下一步帧校验，否则，直接返回错误码并舍弃该数据包。帧的校验码长为16bit，使用CRC-16校验生成算法产生，当校验错误时，仍然返回错误码，放弃数据包，当校验正确后，为了让下位机知晓数据中心以及收到正确的数据包，则需向下位机发送正确返回包。对于数据域的解密同样采用AES-128-ECB算法，使用的密钥是与下位机对应的唯一密钥。最终解密完成后，将采集结果存入数据库SQLite中，并对其进行可视化处理，以便管理人员直观地观测到采集结果并采取应对措施。与此同时，数据中心管理平台也可以向下位机采集节点发送管理包，其中包含了数据包上传的周期以及采集点数，这样可以调控采集节点的采集与上传的频率。
4系统测试与分析
为了验证所设计的气象监测系统功能是否稳定、性能是否良好，针对实际情况进行了室外实物搭建。在服务器端，数据中心管理平台对某一特定的端口号时刻保持监听状态，并且能够实时收到上传数据并解析显示在窗口上。在数据库中实时存储并显示了采集气象数据的结果，如图5所示：图5采集结果数据库查询可以看到各项采集指标在数据库中各个字段一一对应并显示了出来，并且测试上传了5000次采集包，所有采集包均上传成功，达到了系统运行的可靠性要求。
5结束语
气象监测范文第2篇
【关键词】电子科技气象 监测
1 气象灾害对我国生产生活的影响
我国自古就是一个人口众多的大国，在历史的长河中人民受到的自然灾害数不胜数，直到现在有时人们依旧受到人类不可控的自然现象的影响，例如，中国的汶川地震、印尼的火山爆发、2006年的超级台风“珍珠”横行，这些给人类的生产生活造成巨大的影响，对于人类不可控的自然灾害，人类需要提前监测，进行科学的管理与规避，使人类减少或免受自然灾害的侵害。
传统的气象监测系统性能较低，传输的速度较慢，且信息传输有延时，因此在自然现象发生前不能及时检测到信息，人类无法规避气象灾害带来的风险，造成对人类生产生活巨大的威胁。对自然现象的监测，应该使用科学的监测系统，现代气象监测大量运用互联网技术，通过监测格点分区域监测气象环境，在互联网提速背景下监测信息得以快速传输，有效的规避了气象灾害不能及时传输带来的风险。
2 电子科技在气象监测中的应用
2.1 利用电子标签对气象信息进行识别
为了规范监督气象信息数据统计的系统，在气象数据系统中加入监督和监测的节点，通过互联网和数据挖掘技术对气象数据进行深入分析，针对分析结果做出处理，以此来完善互联网在气象中的应用，使气象数据系统更贴近使用者。监测信息的多样性和复杂性决定了气象数据网络的结构和形式，气象信息需要根据气象要素不同的类型通过不同的监测网络进行收集的，例如，沙漠气象信息、农林气象信息、湿地气象信息等。不同的地域以及不同性质的气候条件需要收集对应的气象信息，电子科技技术可以满足各种气象要素监测的要求，因此电子科技在气象监测中发挥了重大的作用。
由于一些监测到的数据非常相似，气象数据系统的职能识别显得格外重要。在气象数据系统中，由于气象监测的网格化需要，设立了大量气象监测点，并且在一定的范围之内每一个地点都设有1个甚至更多的气象要素监测点，这些监测点需要在同一地区的不同时间段或是同一监测范围不同的区域，进行连续不断的监测。针对这种情况，气象局相关部门依据监测的需要制定出监测点最优位置，自动化气象监测设备通过对不同地点不同要素的进行唯一身份编码，这里实际是大量运用了物联网技术，使得每份气象信息都能得到快速、精确的传输和存储，最大效能地发挥电子科技在气象信息中的作用。
2.2 构建气象监管系统
通过互联网和物联网技术利用电子标签对气象信息进行编码后，气象局构建了科学的气象监测及监管系统，这样就可以够将监管及各监测节点数据及设备的状态。由于各气象监测系统是针对不同气象信息设置的，因此需要利用对应的传感器技术，将智能的传感器节点无逢接入气象信息网络是离不开网络监管这一手段的，气象部门信息系统得到了有力的保护才能通过互联网搜集气象信息，分析数据，作出决策。
在气象监管系统中对气象信息进行身份识别，通过计算进行多层的部署，设置监管节点位置。利用这些监管的节点在相应的软件系统中输入需要识别的信息，这样在传输气象数据时，可以将监管对应的数据结构与信息一同传输，从而将气象监控系统中的各种信息与气象监测数据融合在气象互联网中。气象局采用这种方法，一方面可以节省电子标签的设备费用，另外还可以及时的得到各气象监测设备的信息。
3 气象监测未来发展趋势
改革开放以后我国经济迅猛发展，九十年代中后期计算机技术也得到极大的发展，特别是微型计算机、通信、传感器等技术发展和推广应用，将计算机技术应用到气象监测中可以解决传统气象监测中设备性能低、传输速度低、延时较大的缺陷，近期随着互联网技术的升级必定将进一步推动气象信息采集系统技术向微功能、多功能、智能化、高精度、高可靠性的方向快速发展，因此将电子科技融入到气象监测中可以促进气象监测的发展，气象数据收集与分析必将更加及时、高效、完善。
参考文献
[1]Joshua Kerievsky[美].重构与模式，杨光，刘基诚（译）[M].北京：人民邮电出版社，2006（12）.
[2]总参气象水文空间天气总站信息中心[S].常用气象水文资料手册，2012（12）.
[3]王世忠 译.C语言与Unix系统编程，（美）胡佛 著[M].北京：清华大学出版社，2011（07）.
[4]宋晓宇.windows操作系统核心编程实验教程[M].北京：中国铁道出版社，2010（04）.
[5]（美）布奇（Booch，G.）著，王海鹏，潘加宇 译.面向对象分析与设计（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2011（07）.
气象监测范文第3篇
关键词：自动站 综合监测 通信设备
中图分类号：P415 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0107-02
随着气象综合观测业务的现代化，人工观测逐步转为自动观测。现代化设备的应用，会大幅降低工作人员负担。但实际情况却是，综合观测的工作量和工作人员心理压力不降反升。主要表现在：业务质量考核的内容比以住更多，要求更严。不但要考核观测、发报和报表质量，还重点考核数据的可用性和传输及时率；与人工观测设备相比，自动站设备结构复杂，出现故障的概率增大。当设备出现故障后，一般工作人员很难找出原因，更难及时处理故障；新型自动站软件尚不完善，运行不稳定。
据统计，设备、软件、网络故障以及供电不稳定对业务质量的影响，已超过人为原因，成为影响观测质量的主要因素。
本系统能对影响综合观测质量的主要因素进行自动监测，发现异常及时报警。
1 系统主要研究内容及方法
系统能对自动站计算机、自动站软件、采集器是否正常工作，网络、市电是否中断，长Z文件数据是否有缺测、是否进行人工质控、上传是否及时等进行判断。发现异常后，根据情况的紧急程度，通过文字、音箱、发送短信或拨打电话报警。
1.1 设备功能及布局图
如图1所示。
1.2 监测功能及实现方法
1.2.1 断市电、自动站计算机工作状态。
一般说来，设计一个使用市电的USB设备与自动站计算机连接，通过程序检测其状态判断市电是否中断比较方便。但考虑到，如果安装本系统的“自动站”计算机出现故障、或上面的监测软件意外中止，所有监测功能将无效。
因此，本系统增加一台直接使用市电的“其它计算机”，采用ping命令，判断“自动站计算机”与“其它计算机”之间的连通性，使两台计算机相互监测。既可达到检测市电是否中断，“自动站”计算机是否正常工作的目的。两台计算机上的监测软件还可通过数据传递方式，判断对方是否正常运行中，大大增加监测系统的可靠性。
另外，因网线接触不良、网络不稳定等原因，网络出现短暂中断的情况时有发生，在判断计算机之间的连通性时，需以一段时间内多次判断的结果为准，否则，容易出现误判。
1.2.2 判断网络是否连通、自动站软件以及采集器是否正常工作。
（1）本系统通过扫描服务器端口，检测“自动站”计算机与“报文上传服务器（IP：10.203.72.30）”、“报文存储服务器（IP：10.203.6.7）”的连通状态，确定网络是否正常。
如果使用Ping服务器IP的方式判断网络连通性，将可能因服务器安全设置影响而不能正常判断。
（2）通过检查“通信组网接口软件”、“自动气象站监控软件”是否在进程列表中、分钟数据文件是否得到更新，综合判断自动气象站软件及采集器工作状态。
如“通信组网接口软件”和“自动气象站监控软件”未运行，通过Shell命令将其启动。
1.2.3 监测长Z文件是否上传、是否进行质控、数据是否有缺测
在网络连接正常的情况下，每小时正点后从指定的时间开始，从“报文存储服务器”以FTP方式下载监测台站当前时次，当前时刻前最后一次上传的长Z文件数据进行检查。
（1）如果当前时次某台站长Z文件不存在，则确定为“长Z文件未上传”。
（2）通过长Z文件第一行的“质控码”，判断需要人工质控时段的长Z文件是否经过人工质控。
（3）根据台站观测项目设置情况，判断长Z文件中的当前时次应该观测的项目数据是否有缺测。
如果所有气象台站都在某一时刻从服务器上下载文件进行检测，可能增加服务器负担，并对通信造成影响。因此，系统开始下载长Z文件时间的分钟数允许人为设定，秒数由程序随机生成，可有效避免多个台站同时下载文件的情况发生。
另外，在同一计算机上，该系统可以通过添加区站号的方式，对多个台站的长Z文件进行集中监测。
1.2.4 大风监测功能
目前，当出现大风时，新型自动站不会自动报警，并且记录的终止时间与实际终止时间相差15 min。当可能有大风时，值班员要一直查看大风数据，才能避免迟、漏报现象。
本系统自动读取FJ.TXT文件第一行，如内容有更新，则根据文件内容计算出大风开始和终止时间，并报警，以方便编发相关报文。
1.3 报警功能及实现方法
当监测到异常情况时，根据情况紧急程度，立即通过文字、音箱、短信、电话等方式提醒值班员和相关管理人员。
1.3.1 通信设备的选择
为了确保在网络中断的情况下，能自动发出短信和拨打相关人员电话，需用独立、可靠、低使用成本的通信设备。
本系统采用带“TC35i”芯片的GSM/GPRS调制解调器通过USB接口与自动站计算机连接，通过AT命令实现自动发送短信和拨打电话功能。经实测，该设备稳定可靠，经济实惠。一般情况下，每月费用（手机卡通信费）在5元以内。
1.3.2 通信时占用系统资源的处理
设备通信测试发现，如在同一应用程序内实现监测及通信功能，则在发送短信和拨打电话时，需要等通信结束后，才能执行监测功能，占用了较多的资源，监控的时效性受到影响。使用多线程编程方法依然不能解决。
本系统监测及通信分别使用独立的应用程序。在监测程序启动后，通信程序自动启动并在后台运行。需要通信时，监测程序将通信内容、联系电话等参数传递到通信程序。既不影响监测的效率，通信的可靠性又得了保障。
2 系统存在的问题
本系统能及时发现并提醒工作人员处理影响观测质量的绝大问题，但并未面面具到，功能有不足之处。
（1）未加入数据质量检查功能，数据是否正确仍需通过自动站软件判断（注：自动站软件已能对数据进行质量检查）。
（2）当长Z文件上传到“10.203.72.30”
服务器后，会被转到“10.203.6.7”服务器存储，但服务器原因，有时中转会稍有延迟，而本系统是从设定的时间开始从“10.203.6.7”检测长Z文件的。如检测时间过早，偶尔会出现长Z文件已经按时上传，而误报“未上传”的现象，检测时间过晚，真出现故障时，留给工作人员处理异常的时间将减少。
3 推广应用情况
本系统适用于所有气象台站地面气象自动站系统。目前，该系统已在贵州省所有气象台站推广使用。各台站使用后反馈的情况表明，系统运行稳定，效果良好，达到了预期目的。
4 结语
本系统能对影响综合观测质量的主要因素，如自动站计算机、自动气象站软硬件、网络、市电等工作情况进行较为全面的监测。发现问题及时报警，提醒相关工作人员对故障进行处理，极大地减轻了值班员心理压力，减少了工作量，提高了业务质量。
参考文献
[1] 李黄.自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.
[2] 张宏林.Visual Basic 6.0 程序设计与开发技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2004.
气象监测范文第4篇
近年来，经济的进步为物联网技术的发展提供了一个全新的契机，使得各行各业在解决相关问题时都有了全新的方法。农业气象部门也借助这一发展大势，不断引进物联网技术，从而使得相应农业信息的及时性、准确性以及可靠性大大提升，为农业工作的开展奠定了坚实的基础。现有计算机网络技术在不断的拓展当中就形成了物联网，它在将所有物体连接起来的前提下，实现了全方位的监控，最终为生产力水平的不断提升打下坚实的基础[1]。
一、物联网与互联网技术的联网
在不断的发展中，将更多的物体与现有计算机网络以及移动通信实现可靠的连接，进而对物体以及数据进行直接、全方位的控制是物联网最终的形态[2]。这项技术的应用包括计算机的IP地址、手机的SIM卡等等，它的目的主要是进行身份的识别，为后续相关工作的进行打好基础。但是受科技水平的限制，目前，我国的物联网都局限于小型的、机构本身的、独立的网络，具有多样性的特点，不利于展开全局性的监控工作。但是农业工作范围广，这样的特点对于物联?W在农业当中的应用产生了很大的限制，因此本研究引进了带有电子标签的身份识别，为农业工作的顺利开展打下坚实的基础。
二、带有电子标签的气象数据
气象监测数据应该以系统化为终极目标，因此为了达到这样的效果就应该首先将监测节点连接到整个网络当中，为后续的身份识别打好基础。另外要根据农业信息的不同性质对监测网络以及监测数据进行细化。但是这样的气象监测数据也存在某些缺陷，比如对于那些相似的气象监测数据，这一系统无法做出正确的区分。此外，监测环境的不同也会对相同的监测数据产生不同程度的影响。因此在开展这项工作的时候就应该切实做好身份识别，从而使得内部信息的获取更加精准。
但是目前，从农业监测的角度来讲，统一的身份识别标准是不存在的，因此就应该将通用的身份信息数据结构设计作为目前的重点工作之一，进而使得不同的监测节点能够被建立起来，使得用户依据自己特殊的需求去建立相关的气象监测系统，实现信息的综合共享。但是应该注意的是，移动终端在这个过程中发挥着重要的责任，它不仅可以查看附近存在的监测系统，而且对于气象数据的获取、气象数据的查看都相当重要[3]。
三、气象监测系统的技术选择
（一）气象监测系统的构建
身份识别只是气象监测系统构建的基础步骤，完成这一步骤之后，才可以进行模型的选择等工作，进而在此基础上进行有效组网以及现有网络的有效连接。首先，传感器技术应该应用到感知层当中，为嵌入式系统的构建打下坚实的基础；其次，“物体”网络层当中也应该引进相关的智能处理功能，从而使得传感器的网络技术得到最佳的应用。最后，上述工作完成之后，将网关节点与监控主机进行连接，然后将获取的信息传输到监控主机与Internet当中，实现信息的有效共享。在这样的身份识别过程中没有电子标签的有效应用，主要是由于这一过程中缺乏相关的载体所决定的。整个气象监测系统的构建过程对于气象监测部门成本的缩减相当关键。另外，应该进行应用层的构建，在对气象数据进行监控的过程中，系统可以定期自行获取相关信息，然后进行自主的分析处理，为后续工作的开展起到基础性的作用。
（二）农业气象监测网络的通信协议
每个既定的网络系统都会存在一个通信协议，从而实现对于信息的自行监测和定位。而农业气象监测网络中通信协议的存在主要是为了完成信息的传输。无线传感器网络技术以通信方式的角色存在，再加上红外、蓝牙等相应的设计就可以实现无线通信协议的有效构建。但是上述设计在实际工作的过程中并不符合规模大、功耗大的特点，因此ZigBee协议在这样的网络中就会发挥出应有的作用。该协议包括两个方面的设备――Full Function Device（FFD）和Reduced Function Device（RFD）。两种设备的简易程度不一，而且前者比后者拥有更大的内存，进而就可以完成更多的功能。协调器节点、终端节点以及路由器节点是网络节点的三种不同身份[4]。第一，协调器节点一般只有一个，它的主要作用是建立相应的网络，为后续工作的开展打好基础；第二，多个路由器节点可以在相互配合的过程中实现与终端节点的有效连接；如果需要，它还可以完成数据转发等不同的任务；第三，除上述两种节点之外的节点为终端节点，它可以不通过任何连接而实现对于网络的直接加入，主要负责数据的传输以及通信的实现。
综上所述，物联网相关设备的特点与无线传感器网络需求相符，而且对于气象监测环境的有效运行具有很重要的作用。气象数据的传输是整个工作当中最重要的一个部分。但是在实际工作当中各个节点所需要数据量不是很大，因此只要较低的速率就可以实现。不同节点与网络协议在相互配合的过程中可以形成很大规模的网络，大大提高监测效率以及质量，为监测系统的稳定性打下坚实的基础。
气象监测范文第5篇
关键词：STM32 微气象 GPRS 输电线路
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：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
随着国民经济的快速发展及全国联网战略的实施,电网处于前所未有的快速发展时期，我国幅员辽阔,气候差异大,恶劣的气象条件对日益庞大的电网安全运行的影响程度也会随之增加。为此，电网企业应完善气象预警机制，设计电网电路的微气象监测系统，确保电网可以安全稳定的运行。
1、系统总体设计方案
微气象监测终端对输电线路区域微气象条件进行在线监测，监测的主要气象参数包括风向、风速、湿度、温度、大气压、降雨量、日照辐射，其中风向、温度、日照辐射为模拟量。图1为微气象监测终端原理图，主要包括以下几个部分：
1.1 采集模块
根据采集对象不同，数据采集模块也可划分为不同部分，如风向、风速、湿度、温度、日照辐射等模块。其中风向、日照辐射是模拟量，经16位的ADC进行模数转换，通过串口和主控模块相连接。其余的气象参数通过传感器得到的采集数据为数字量或为一定的频率脉冲。
1.2 以STM32F103C为核心的主控模块
主控模块驱动系统运行，负责数据存储、处理以及传输，并向采集模块以及通信模块提供数据接口。
1.3 通信模块
通信模块选用GPRS DTU(数据终端单元)为通信中继，以无线的方式接入移动GPRS,将采集到的数据传输到数据服务中心。其中，GPRS DTU通过USART2接口与主控芯片相连接，实现数据通信。
1.4 电源模块
根据检测系统的无线化的组网方案及环境需求，系统采用太阳能电池供电。
1.5 防雷设计
考虑到监测终端是安装在输电线路杆塔上的，环境可能较偏僻、恶劣，因此监测终端还采用了防雷设计。
2、MCU电路设计
2.1 STM32系列微控制器介绍
STM32系列微控制器兼有低功耗及多种省电工作模式，能够优化工业设备、医疗设备、物业控制设备和计算机外设等产品的性能。
在设计中，充分分析了MCU选择原则后，并对比STM32系列芯片特点，最终选用STM32系列中的STM32F103C8作为控芯片。ST提供了完整高效的开发工具（Keil MDK和IAR EWARM）及库函数。软件包所提供的驱动覆盖了从GPIO到定时器、CAN、I2C、SPI、USART等所有标准外设。STM32FI03C8性价比较高，具有3个USART接口、2个I2C接口、37个GPIO、3个16位定时器，片上丰富的存储器及外设资源能够很好的满足系统的功能实现，能够达到微气象控制系统的设计需求。
2.2 MCU电路设计
MCU电路主要包括传感器输入信号、通信接口、晶振电路、复位电路及BOOT选择电路。如图2所示：
参考文献
[1]魏洪兴主编.嵌入式系统设计师教程.北京:清华大学出版社,2006.
[2]意法半导体STM32系列STM32F10332位微控制器.今日电子.2008,2:61-62.
