一种分布式智能气象传感器监测系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种分布式智能气象传感器监测系统，包括气象传感器监测系统和数据中心服务器，气象传感监测系统包括传感单元、控制单元、通信单元，所述控制单元向传感单元中的传感器发送命令获取传感器实时返回数据，控制单元检验传感器返回数据的校验码，判断通信信道是否错误；控制单元判断数据是否超过传感器属性值量程，判断传感器数据是否正确；控制单元将传感器返回数据在通信信道判断和传感属性量程值判定结果组合设置为代表传感器不同状态位的变量i进行判断各个传感器的状态。本发明专利技术提出传感器状态自动检测、误差数据自动发现、时钟矫正、数据观测周期自动调整、通信链路中断自动发现以及恢复的智能化管理方法，能够向用户提供统一的气象数据服务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出一种分布式智能气象传感器监测系统及其控制方法,本专利技术属于智能微系统的集成和应用领域。
技术介绍
在气候和环境状态日趋复杂的今天，气象环境状况成为影响社会行为的重要因素，不仅直接影响一切户外生产和生活活动，还会间接地影响决策制定，进而产生更为深远的影响。目前，由于嵌入式技术、物联网技术、传感技术和通信技术的不断融合和发展，在地面建立自动气象观测站，并应用互联网技术将各个气象站点组成相对独立的网络，可实时获取气象监测数据。现有的自动气象监测系统通过在监测区域部署分布式的自动气象站来进行气象监测，自动气象站能够减少观测人员的工作量，提供更高质量的采集数据。但是，随着技术的发展，现有气象监测系统也暴露出一些不足。气象观测数据缺乏时空信息，难以进行后期数据分析；数据分散，由于自动气象站采用点对点的数据传输方式，各气象监测站的运行相对独立，数据难以进行集中管理，各站点采集的气象数据不能共享；数据的传输依赖于通信网络，系统缺乏通信链路自动检验与恢复机制。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的困难，提出一个通过网络可远程控制的智能气象传感器监测系统以及控制方法，该系统能通过远程服务器发送命令调整气象传感器监测系统观测周期。气象传感器监测系统能自动检测传感器的工作状态，检测网络连接线路是否正常，自动修复与服务器之间的网络连接，自动定时清除长期运行所堆积的数据和垃圾信息。本专利技术的技术方案是:一种分布式智能气象传感器监测系统，包括气象传感器监测系统和数据中心服务器，数据中心服务器对气象传感监测系统所采集到的气象数据进行管理；气象传感监测系统包括传感单元、控制单元、通信单元，所述传感单元对气象数据进行采集传递至控制单元；所述控制单元向传感单元中的传感器发送命令获取传感器实时返回数据，控制单元检验传感器返回数据的校验码，判断通信信道是否错误；控制单元判断数据是否超过传感器属性值量程，判断传感器数据是否正确；控制单元将传感器返回数据在通信信道判断和传感属性量程值判定结果组合设置为代表传感器不同状态位的变量i进行判断各个传感器的状态；所述通信模块将控制单元采集到的数据无线通信传递至数据中心服务器。所述控制单元判断各个传感器状态的具体步骤为：所述控制单元开始采集传感器的数据，此时控制单元设置变量i初始值为0，控制单元向传感器发送命令获取传感器实时返回数据，根据传感器返回数据的校验码验证返回数据的正确性，当校验码正确时，即判断没有通信信道错误，进入依据传感器对象的属性值是否满足量程，若传感器数据在量程和精度范围内，则认为传感器数据正确，可以判定传感器处于正常工作状态，设置变量i为0，采集数据可靠，传感器数据不变传递至控制单元；若传感器返回数据不满足校验码属性要求，此时控制单元设置判断条件满足i＜3时，i自动加1，此时控制单元再次向传感器发送命令进行第2次数据采集；循环校验至不满足i＜3时,置变量i为2，则可以判断传感器或通信串口模块已失效，需要更换新传感器或通信串口模块，采集数据错误，控制单元将该传感器数据置零；若传感器数据通过校验码正确性检查后，进入满足量程判断，当超出量程和精度范围，此时置变量i为1，说明传感器工作异常，但是还能返回数据，此时控制单元将传感器测量值设置成量值最大值反馈至据中心服务器。所述控制单元进一步包括有网络监控模块，网络监控模块定期向数据中心服务器发送探测包，当网络监控模块在其预设的时间内收到数据中心服务器的应答包，则确认网络连接正常；当网络监控模块在其预设时间内没有收到应答包，则确认网络连接失败。所述网络监控模块进一步可以实现检测2G/3G/4G网络基站信号的强度，当信号强度超过其预设的阈值，则判断信道适合传感器系统发射数据至数据中心。所述气象传感监测系统进一步包括时钟模块、GPS模块、供电模块，所述时钟模块获取外部的时间信息实现对气象数据进行时间标记，所述GPS模块实现对气象数据进行定位信息标记。所述控制单元连接有串口扩展模块。所述传感单元采用针对风向、风速、雨量计、大气压力、大气湿度、大气温度、总辐射计的气象参数传感器，所述传感单元采用以上类型的任意组合。所述控制单元进一步包括时间校正控制模块，时间校正控制模块向数据中心服务器发送时钟校正请求命令，数据中心服务器获取网络时间后响应时间校正请求；当时钟模块的时间在网络时间的误差范围内时，控制单元结束时钟校正请求；当时钟模块的时间超出网络时间的误差范围内，数据中心服务器将网络时间信息传递至时钟模块进行修正。所述传感单元的雨量传感器设置有最小采集周期，其设置方法为：数据中心服务器根据公式R＝Rmax/H计算出平均每分钟降雨量，Rmax为雨量等级表中各个等级12小时内最大降雨量，H为时间；然后根据公式Tmin＝W/R计算雨量传感器的最小采集周期，R为每分钟降雨量；W为雨量传感器的分辨率，Tmin为最小观测周期；数据中心服务器将采集周期计算值反馈至控制单元，控制单元驱动雨量传感器以采集周期频率进行数据采集。进一步包括雨量传感器周期调整的方法，其具体方法为：所述数据中心服务器设置实时获取中国气象网实时更新的气象数据，从天气预报信息里提取雨量信息，当判断大雨或暴雨信息时，数据中心服务器从雨量传感器观测数据中提取最近的时间序列，计算时间窗内数据的动态性，由计算采集周期对雨量传感器进行调整，Tnew是调整以后的采集周期，Tcurrent是当前的采样频率，Pbound是预设的标准数据动态性，定义为变化数据个数与整个窗口内数据个数的比值。本专利技术的优点是：1.本专利技术的分布式智能气象传感器监测系统包括两个部分，智能气象传感器监测系统和数据中心服务器。每个智能气象监测系统核心模块是嵌入式开发板，开发板通过串口连接七个传感器，包括：风向、风速、雨量计、大气压力、大气湿度、大气温度和总辐射计，并且接入GPS模块和时钟模块，以及GPRS(General PacketRadio Service)模块。气象传感器监测系统采用RS485串口总线连接各个传感器，使系统具有可扩展性，可以按照用户的需求自由添加气象要素传感器。GPS模块提供位置信息，时钟模块不仅为传感器数据提供时钟标签，而且，时钟信息成为气象传感器监测系统智能控制的参考时间。GPRS模块提供智能传感器系统与数据中心服务器的无线通信连接。2.本专利技术气象传感器监测系统智能观测方法。针对传感器观测误差和数据异常问题，设计一种传感器错误检测方法，及时发现数据错误，判断传感器工作状态是否正常。针对远程无线通信易受干扰而导致链接中断的现象，引入一种通信链路连接保持机制和数据可靠性传输方法，气象传感器监测系统能自动恢复与数据中心服务器的通信连接。针对时钟模块时间漂移问题，设计一种基于互联网授时的时钟校正方法，定期通过数据中心服务器广播正确时钟信息，矫正分布式智能气象传感器观测系统的时钟模块的时间。3.本专利技术分布式气象传感器监测系统集中控制和管理方法。针对传统气象传感监测系统分散、数据采集频率固定、数据缺乏有效存储、数据缺少共享机制的问题，设计并实现了集数据接收、数据存储、数据服务、传感器观测周期远程控制诸功能为一体的气象传感网络监测集成控制和管理系统，集中管理和控制分布式气象传感器监测系统的观测，共享其观测数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式智能气象传感器监测系统，其特征在于：包括气象传感器监测系统和数据中心服务器，数据中心服务器对气象传感监测系统所采集到的气象数据进行管理；气象传感监测系统包括传感单元、控制单元、通信单元，所述传感单元对气象数据进行采集传递至控制单元；所述控制单元向传感单元中的传感器发送命令获取传感器实时返回数据，控制单元检验传感器返回数据的校验码，判断通信信道是否错误；控制单元判断数据是否超过传感器属性值量程，判断传感器数据是否正确；控制单元将传感器返回数据在通信信道判断和传感属性量程值判定结果组合设置为代表传感器不同状态位的变量i进行判断各个传感器的状态；所述通信模块将控制单元采集到的数据无线通信传递至数据中心服务器。

【技术特征摘要】
1.一种分布式智能气象传感器监测系统，其特征在于：包括气象传感器监测系统和数据中心服务器，数据中心服务器对气象传感监测系统所采集到的气象数据进行管理；气象传感监测系统包括传感单元、控制单元、通信单元，所述传感单元对气象数据进行采集传递至控制单元；所述控制单元向传感单元中的传感器发送命令获取传感器实时返回数据，控制单元检验传感器返回数据的校验码，判断通信信道是否错误；控制单元判断数据是否超过传感器属性值量程，判断传感器数据是否正确；控制单元将传感器返回数据在通信信道判断和传感属性量程值判定结果组合设置为代表传感器不同状态位的变量i进行判断各个传感器的状态；所述通信模块将控制单元采集到的数据无线通信传递至数据中心服务器。2.根据权利要求1所述的一种分布式智能气象传感器监测系统，其特征在于：所述控制单元判断各个传感器状态的具体步骤为：所述控制单元开始采集传感器的数据，此时控制单元设置变量i初始值为0，控制单元向传感器发送命令获取传感器实时返回数据，根据传感器返回数据的校验码验证返回数据的正确性，当校验码正确时，即判断没有通信信道错误，进入依据传感器对象的属性值是否满足量程，若传感器数据在量程和精度范围内，则认为传感器数据正确，可以判定传感器处于正常工作状态，设置变量i为0，采集数据可靠，传感器数据不变传递至控制单元；若传感器返回数据不满足校验码属性要求，此时控制单元设置判断条件满足i＜3时，i自动加1，此时控制单元再次向传感器发送命令进行第2次数据采集；循环校验至不满足i＜3时,置变量i为2，则可以判断传感器或通信串口模块已失效，需要更换新传感器或通信串口模块，采集数据错误，控制单元将该传感器数据置零；若传感器数据通过校验码正确性检查后，进入满足量程判断，当超出量程和精度范围，此时置变量i为1，说明传感器工作异常，但是还能返回数据，此时控制单元将传感器测量值设置成量值最大值反馈至据中心服务器。3.根据权利要求1所述的一种分布式智能气象传感器监测系统，其特征在于：所述控制单元进一步包括有网络监控模块，网络监控模块定期向数据中心服务器发送探测包，当网络监控模块在其预设的时间内收到数据中心服务器的应答包，则确认网络连接正常；当网络监控模块在其预设时间内没有收到应答包，则确认网络连接失败。4.根据权利要求3所述的一种分布式智能气象传感器监测系统，其特征在于：所述网络监控模块进一步可以实现检测2...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜方玲，方新，付静，杨武，魏松，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42