基于物联网的简易便携式气象仪

论文总字数：19944字

目 录

1.绪论 3

1.1 设计目的和意义 3

1.2 气象仪器发展简介 3

1.3 本文结构与内容分布 4

2. 设计需求分析 4

2.1 概述 4

2.2 系统框图 4

2.3 需求分析 5

3. 气象仪设计 6

3.1 设计方案 6

3.2 核心模块介绍 6

3.2.1 STM32F103RCT6芯片 6

3.2.2 温湿度传感器 7

3.2.3 气压传感器 7

3.2.4 WIFI模块 8

3.3 设计内容 8

3.3.1 网络连接 8

3.3.2 传感器采集信息 9

3.3.3 发送信息 9

3.4 系统测试 10

4. 信息采集系统设计 10

4.1设计方案 11

4.2 相关技术介绍 11

4.2.1 TCP协议与UDP协议 11

4.2.2 DBCP数据连接池 11

4.2.3 多线程 11

4.3 设计内容 12

4.3.1 流程图 12

4.3.2 功能实现 12

4.4 系统调试 13

5. 气象仪管理系统设计 14

5.1 设计方案 14

5.2 核心技术介绍 15

5.2.1 SSM框架 15

5.2.2 MySQL数据库 15

5.2.3 Tomcat服务器 15

5.3 设计内容 16

5.3.1 流程图 16

5.3.2 系统数据库设计 16

5.3.3 功能实现 19

5.4 核心代码示例 23

6. 总结 24

参考文献: 25

致谢 26

基于物联网的简易便携式气象仪设计

巴为阳

,China

Abstract: The Internet is an important part of the new generation of information technology, and it's an important stage in the development of "information" age. Using local network , Internet and other communication technologies to make the sensors, controllers, machines, people and other objects together through a new way .thus forming people and things,objects and objects associated with each other,and then realizing information,remote management and intelligent network.

Meteorological information is closely related to people’s life,It is very important for human to get meteorological information through various of equipment.Combing the meteorological information with network, which greatly facilitate people to obtain weather information.

This article describes a simple and portable weather instrument based on the internet of things technology,using sensors and micro controller collect weather information, and using the network sensor send data to the server which based on UDP，then upload these data to server’s database. And build a system which base on B/S framework. Users can use browser to access the system,manage equipment and query information.

Key word:Internet of Things;Weather Information;Embedded;WEB;UDP

1.绪论

1.1 设计目的和意义

天气是人类生活的指南，从古时二十四节气的编制到当今时时更新的气象报道，都说明了人类生活衣食住行离不开天气，天气指导着人们如何安逸的生活，如何适应这个多变的地球。天气是人类探索地球的门户，运用气象学可以判断我们生存环境的变化，大自然的演变主导，人类生活究竟对环境产生了何总影响，更懂得利用天气的资源，寻求地球运行的命脉，获得地球生存的终极本领。天气是人类生存的根基，只有懂得避免灾害，摸顺了不同区域天气的脾气，才能找到适合自己生存的地方，才能避开灾难逃避恶劣环境赢得生存繁衍。

在当今这个信息化的时代，获取气象信息的方式多种多样，获取气象信息已经只是一件非常简单的事。自进入工业化社会以来,人类在经济发展方面取得了巨大的成就,但随着经济全球化的发展,工业扩张和城市化已经对地球的资源和环境造成了极大的浪费和破坏, 经济增长付出了沉重的环境代价。环境日趋恶化，人们对气象信息也越来越关注。通过这种便携设备帮助个人轻松获取局部气象信息随着社会现状的发展将会越来越受关注，所以这种基于物联网的便携式气象仪有着广泛的应用前景。也能为人们带来一种全新的获取气象信息的方式。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂[1]。

本设计的目的就是结合时下最热的物联网技术为人们提供他们所关心的气象信息。结合物联网技术，设备采集到信息后就会立马上传到服务器的数据库中，无论使用者身处何地，只要有网络，就可以通过网络来查看这些气象信息，不再需要到达设备所在地点去查看信息，使得使用者能够随时随地快速获取想要的气象信息，为他们的生活带来极大的方便。

1.2 气象仪器发展简介

气象信息对人类的生活生产有着巨大的影响，人类对气象信息的关注是伴随着人类的存在而存在的。农业、牧业、渔业等各行各业都或多或少的受到气象信息的影响。所以从很久前人类便开始对气象信息进行观测与记录，以利用在生活与生产中。随着社会生产力的发展，肉眼观测已经不能满足人类的需求，于是各种各样的气象仪器开始被发明以用来获取气象信息。

气象仪器是用于气象预报、气象监测等气象服务领域的专业设备。主要有自动气象站、自动雨量站、风速风向仪、风向袋、百叶箱、温湿度记录仪、传感器、风向标、风速报警仪、风能测风仪、气象中心软件、GPRS无线传输模块等[2]。

随着几百年的发展，气象仪器已经拥有了成千上万的成熟产品。气压观测仪、气温观测仪、温度观测仪、风向风速观测仪、降水量观测仪等等测量各类气象信息的设备。经过多年的研究与改进，各类仪器精度越来越高，体积越来越小，使用起来越来越方便。从最初的庞然大物发展到现在仅仅一个芯片就能测量多项气象信息。

但是目前各类气象仪多为放在气象站或者自动气象站采集气象信息的设备，这些专业设备主要是提供给专业的气象工作人员使用。面向普通个人的简易便携式气象仪的研究还是比较少，在这一领域还是一片新的领域，本设计便是关注这一领域，设计一种基于物联网的简易气象仪提供给非专业人员使用以获取气象信息。

1.3 本文结构与内容分布

本文一共分为“绪论”、“设计需求分析”、“气象仪设计”、“信息采集系统设计”、“气象仪管理系统设计”、“总结”六个章节。“绪论”主要介绍本文的研究目的、意义以及气象仪的发展等；“设计需求分析”章节将对本设计的整体需求进行分析；“气象仪设计”章节将介绍硬件设备采集信息以及通过互联网发送数据的功能实现；“信息采集系统设计”章节介绍服务器是如何收到设备发送的数据并且保存到数据库中的；“气象仪管理系统设计”将介绍如何设计一个基于B/S模型的系统，并介绍用户如何通过该系统查看自己的设备采集的信息；“总结”章节则为本文的概括性的总结，并介绍自己遇到的困难以及心得体会。

本文的核心章节是“气象仪设计”、“信息采集系统设计”、“气象仪管理系统设计”三个章节。在这三个章节中将详细介绍本设计实现的三个组成部分，每一个部分先会介绍本部分设计方案，然后介绍一下本部分用到的相关模块或技术，最后介绍本部分的具体实现以及一些测试。

1. 设计需求分析

2.1 概述

本设计由三部分组成：气象仪设备、信息采集系统、气象仪管理系统。气象仪设备负责采集工作，采集一些基本的气象信息并上传到服务器；信息采集系统负责接收设备发送的数据，然后对接收到的数据进行处理后存入数据库中；气象仪管理系统部分是基于B/S模式搭建一个网站，用户可以通过该系统管理气象仪以及查询气象仪采集的气象信息。

2.2 系统框图

图2.1 系统框图

2.3 需求分析

气象仪设备：气象仪，顾名思义是用来获取气象信息的，获取的气象信息只有提供给人类才有它存在的价值。考虑到本设计的便携性，以及本设计对数据精度的要求不是很高的特性，本设计中信息的采集使用单片机控制各类传感器模块来获取，现在市场上各类传感器比较多，使用温度传感器、湿度传感器等传感器可以获取相应气象数据，获取后的数据需要进行处理，所以还需要一个微处理器来控制这些传感器。把这些信息提供给使用者才是本设计的关键，方案有很多，例如可以将处理后的数据显示到LCD，当然本设计的初衷是基于物联网的设计，采集后的信息通过网络发送出去是必须的，所以在此部分中还必须包含一个网络模块，用来传输采集到的信息。

信息采集系统：信息采集系统实现的功能是接收设备发送的信息并进行处理后存入数据库中。网络通信协议的选择是系统的关键，选好网络通信协议，基于高级编程语言编写一个系统，部署在服务器主机上接收设备发送的数据，接收到数据后再按约定的编码格式对数据进行处理，得到相应的气象信息存入到数据库中。

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