基于自组网技术的低功耗自动气象站系统技术方案

技术编号:15429727 阅读:125 留言:0更新日期:2017-05-25 16:02
本实用新型专利技术公开了一种基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,包括传感器模块、定位模块、模数转换模块、数据采集模块、无线通信模块、主控电路、显示模块、能量供应模块;传感器模块和定位模块通过模数转换模块与数据采集模块连接,数据采集模块通过无线通信模块与主控电路进行数据传输交互,数据采集模块、无线通信模块和显示模块均与主控电路连接;主控电路采用ARM11处理器;无线通信模块采用Winer WBee M1102;以WBee为基础,在观测地区内搭建自动气象站的无线自组网通信系统,相比较传统气象站通信更加具有实用性;功能强,通过对自动气象站通信系统的改进而改善整个系统的信息传输性能,在传输距离、效率、可靠性等性能方面都有了较大的提升。

【技术实现步骤摘要】
基于自组网技术的低功耗自动气象站系统
本技术涉及一种基于自组网技术的低功耗自动气象站系统。
技术介绍
自动气象站是一种在地面对天气变化进行观测,并且将观测所得的气象信息进行存储、传送的自动化气象仪器。自动气象站一般安装在周围比较空旷,便于仪器安装、采集数据等工作人员活动的地带。自动气象站通过各类传感器对大气温度、相对湿度、风向、风速、雨量、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度、能见度等众多气象要素进行全天候现场监测,并将测得的信息及时传送至观测站监控设备,观测站再将气象信息发送到气象监测中心。在我国,目前自动气象站与观测中心之间的数据传送主要有以下几种方式:第一,人工读取抄写自动气象站数据,进行记录;第二,通过有线传输,在自动气象站与观测站之间架设数据传输电缆,通过RS232、RS485串口或者USB接口等其他装置进行数据的传送;第三,通过GPRS(3G/4G)技术,在自动气象气象站与观测站之间进行数据传送。综上所述,采用人工抄写记录的方式进行数据传送的方法原始落后,且效率低,人的主观意志往往会对数据的录入产生影响,导致存在的误差也会较大。采用有线传输的方式要求观测站与自动气象站之间铺设大量电缆,而且自动气象站与观测站之间往往呈星形分布,因此采用有线传输方式成本巨大,灵活性低,尤其我国是一个山地丘陵大量分布的国家,在山地丘陵区不适宜采用有线传输的方式。通过GPRS无线传送数据对GPRS基础设施的依赖性很高,而且设备成本高,实用性不强。另外,当前无线通信领域内,Zigbee无线通信技术,因其耗能少、成本低、稳定性强等优点,使其在许多领域都有广泛的应用,但是Zigbee技术在传输距离上受到很大限制,传输距离介于10-100米之间,以上两种无线传输方式都无法满足对自动气象站数据远距离和实时传输的需求,在气象站通信系统的实际应用中存在较大的问题。
技术实现思路
目的:为了克服现有技术中存在的不足,本技术提供一种基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,尤其是中长距离下的自组网技术在自动气象站系统内的应用,可以弥补传统无线网络传输距离短、可靠性低的不足。WBee即无线蜂窝网络(wirelessBee),是一款小数据量,自组网,低复杂度,传输距离较远的无线传输设备。同时他还加载了采集数据单元并采用了433MHZ的全球免授权频段代替2.4G频段大大增加了传输距离,主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。在本技术中以WBee为基础,在观测地区内搭建自动气象站的无线自组网通信系统,相比较传统气象站通信更加具有实用性。技术方案:为解决上述技术问题,本技术采用的技术方案为:一种基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,包括传感器模块、定位模块、模数转换模块、数据采集模块、无线通信模块、主控电路、LCD/LED显示模块、能量供应模块;传感器模块和定位模块通过模数转换模块与数据采集模块连接,数据采集模块通过无线通信模块与主控电路进行数据传输交互,数据采集模块、无线通信模块和显示模块均与主控电路连接,能量供应模块用于给各模块供电;所述主控电路采用ARM11处理器;所述无线通信模块采用WinerWBeeM1102。所述的基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,其特征在于:所述传感器模块包括HMP155的温湿度传感器、DYC1型气压传感器、EL15-1型风速传感器、ZQZ-TF型风向传感器、SL3-1型翻斗式雨量传感器和GP2Y1010AU0F型粉尘传感器,分别用于进行温度、湿度、气压、风速、风向、雨量和PM2.5这7个气象要素的采集。作为优选方案,所述模数转换模块为A/D转换电路。作为优选方案,所述定位模块采用UO363D北斗定位模块。作为优选方案,所述数据采集模块设置在各个气象站内,采用MSP430为数据采集芯片。作为优选方案,所述能量供应模块采用太阳能电池。在本系统中气象站探测的范围较广,自足网络内气象站数量较多,且气象探测的准确度对人们的日常生活、社会正常秩序、经济军事活动等诸多方面都会产生较大影响,因此,对气象探测系统的稳定性和可靠性要求很高,网络中主控制器的选择应该选取效率高、功能强、性能稳定,同时兼顾低耗能的芯片。ARM11处理器是为了有效的提供高性能处理能力而设计的,拥有350M~500MHz时钟频率的内核,内核和Cache,及协处理器之间的数据通路都是64位的。这使处理器可以每周期读入两条指令或存放两个连续的数据,以大大提高数据访问和处理的速度,同时功耗可以低至0.4mW/MHz。在本系统设计中采用ARM11作为整个气象站气象站网络系统的中央处理器,设计控制芯片的工作与休眠状态,本系统中设定主控芯片在没有接收到数据时处于休眠模式,各个地区气象站收集各类气象数据以及定位数据,进行处理打包后以每秒一次的频率发送到无线网络中传递给主控芯片,主控芯片在接收数据时首先会接收到无线网络中的数据采集命令开启工作模式,对数据进行处理与存储,在没有接收到数据时自动进入休眠模式,等待下一次数据的传送,由此也可以降低整个系统的功耗,同时提升系统的运行效率。WinerWBeeM1102无线通信模块是运用于物联网行业的一种自组网络无线数据采集、传输的嵌入式模块,利用通用的免执照频段433MHz为用户提供无线监控、采集和传输功能,可通过设备直接嵌入在用户的PLC、智能仪表、传感器等相关采集设备。WBeeM1102支持数据采集功能,设备有多达6路的A/D脚,能够连接传感器设备进行电压电流采集,同时支持6路的I/0脚,支持输入报警和输出控制功能,为用户提供故障检测及其远程控制等功能。采用高性能的工业级32位处理器作为硬件平台,加载了采集数据单元并采用了433MHZ的全球免授权频段代替2.4G频段,大大增加了传输距离,通过使用高增益天线,使设备之间的传输距离达到4KM,传输的速率稳定维持在1200bps~115200bps,传输速率范围广,可以有效增强传输效率,同时也能有效降低系统功耗。采用稳定的嵌入式操作系统为支撑平台,支持AES、DES、3DES等多种加密方式,同时为用户提供监控、控制、采集和数据传输功能。存储温度为-55ºС--+125ºС,工作温度在-40ºС--+85ºС之间,能够适应各种极端高温和低温天气,在本系统中采用WBee模块作为无线通信模块,相比较传统的气象站无线通信系统大幅度增加了传统的无线自组网络的传输距离,在实际生活中更加适用于气象站系统的数据传输,尤其是在地形较为复杂山地丘陵等地带。在各个气象站上传感器分别选用高精度型号为HMP155的温湿度传感器、DYC1型气压传感器、EL15-1型风速传感器、ZQZ-TF型风向传感器、SL3-1型翻斗式雨量传感器和GP2Y1010AU0F型粉尘传感器进行温度、湿度、气压、风速、风向、雨量和PM2.5这7个气象要素的采集。气象站的位置采用型号为UO363D的北斗定位模块来确定。有益效果:本技术提供的基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,具有以下优点:1.采用无线传输方式相较于当前大量使用的有线传输方式在前期电路设计、架构传输网络、减少传输成本等方面都大大减少了工作量;2.本技术的无线传输网络,各节点间的传输距离能达到几千米,非常适用于不方便铺设传本文档来自技高网
...
基于自组网技术的低功耗自动气象站系统

【技术保护点】
一种基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,包括传感器模块、定位模块、模数转换模块、数据采集模块、无线通信模块、主控电路、显示模块、能量供应模块;传感器模块和定位模块通过模数转换模块与数据采集模块连接,数据采集模块通过无线通信模块与主控电路进行数据传输交互,数据采集模块、无线通信模块和显示模块均与主控电路连接;所述主控电路采用ARM11处理器;所述无线通信模块采用Winer WBee M1102。

【技术特征摘要】
1.一种基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,包括传感器模块、定位模块、模数转换模块、数据采集模块、无线通信模块、主控电路、显示模块、能量供应模块;传感器模块和定位模块通过模数转换模块与数据采集模块连接,数据采集模块通过无线通信模块与主控电路进行数据传输交互,数据采集模块、无线通信模块和显示模块均与主控电路连接;所述主控电路采用ARM11处理器;所述无线通信模块采用WinerWBeeM1102。2.根据权利要求1所述的基于自组网技术的低功耗自动气象站系统,其特征在于:所述传感器模块包括HMP155的温湿度传感器、DYC1型气压传感器、EL15-1型风速传感器、ZQZ-TF型风向传感器、SL3-1型翻...

【专利技术属性】
技术研发人员:张颖超胡全辉叶小岭支兴亮李慧玲
申请(专利权)人:南京信息工程大学
类型:新型
国别省市:江苏,32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1