一种多要素的自动气象站实验设计

论文总字数：43591字

目 录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景、研究目的及意义 1

1.1.1 选题背景 1

1.1.2 研究目的 3

1.1.3 研究意义 4

1.2 国内外研究综述 4

1.2.1 国内研究现状 4

1.2.2 国外研究现状 4

第二章 基础理论及技术概述 5

2.1 物联网概述 5

2.1.1 物联网概念由来 5

2.1.2 物联网的特点 5

2.1.3 物联网的原理与框架 6

2.1.4 物联网的关键技术研究 6

2.2 物联网的应用前景 7

2.2.1 物联网的应用领域 7

2.2.2 实现物联网需要解决的问题 8

第三章 系统设计方案 8

3.1 设计方案 8

3.2 系统结构 9

3.3 系统结构图 9

3.4 系统功能 10

3.5 系统功能图 10

第四章 系统的硬件设计 11

4.1 系统硬件配置需求 11

4.2 系统硬件电路 11

4.2.1 DYM003-主控制器STM32F103VET6 11

4.2.2 DYM133-温湿度传感器DHT11模块 16

4.2.3 DYM131-气压传感器MS5611模块 17

4.2.4 DYM116-光照传感器BH1750FVI模块 19

4.2.5 DYM102-空气质量传感器QS-01模块 20

4.2.6 DYM128-粉尘传感器 22

4.2.7 DYM129-三杯基于RS485总线风速传感器 24

4.2.8 DYM701-RS485总线 25

4.2.9 DYM123-电导式雨滴传感器 26

4.2.10 DYM401-8位独立按键 26

4.2.11 DYM 609-TFT显示屏SSD1289 27

4.2.12 DYM707-HLK-RM04-WIFI模块 28

4.2.13 DYM501-蜂鸣器 30

第五章 系统的软件设计 30

5.1 系统软件组成 30

5.1.1 下位机的嵌入式软件 30

5.1.2 上位机的软件 31

5.2 系统软件流程图 34

第六章 系统实现与分析 35

6.1 材料准备及系统搭建 35

6.2 操作方式 36

6.2.1 主机及模块配置 36

6.2.2 I/O配置 37

6.2.3 系统连接 38

6.2.4 系统配电 38

6.2.5 系统安全联锁 38

6.3 系统调测与结果 38

6.4 实验结果分析 40

第七章 总结 41

参考文献 41

致谢 44

一种基于物联网的自动气象站实验设计

诸天逸

，China；

Abstract: In view of the low degree of automation of atmospheric temperature and humidity and the lack of meteorological information sharing in the library of Nanjing University of Information Science and Technology, an automatic weather station is designed, which includes six sensor blocks, a controller, two input interface circuit blocks, a digital display circuit block, communication circuit block and so on. All the blocks from Zhejiang Tianhuang company THETDA-4 electronic integrated application and technology experiment / development platform. The atmospheric temperature, humidity, air pressure, wind speed, light, air quality, dust, rain and other information were measured in real time by the automatic weather station. The meteorological information is uploaded to the Internet through the serial port WIFI module, which is convenient for users to know the real-time meteorological information of the observation field in time.

Key words: Meteorological elements; Automatic weather station; Internet of things.

第一章 绪论

1.1 选题背景、研究目的及意义

1.1.1 选题背景

我国的气象事业蓬勃发展，更新换代速度发展很快，为了方便培养各个层次的气象类专业的学生，让他们能有序高效进行实验教学、实习教学等目的，在我国地方气象局和国家气象局等其他有关部门的大力支持下，2009年1月初，在我校（）正式建立了一个气象探测实验基地。此基地占地面积超一万平方米，建成后的基地见图1，显示屏可以发布观测场实时气象信息。

图1 我校气象综合观测基地

图2气象综合观测场设备仪器

我校考虑到实际需要（教学及科研两方面需要），在系统规划气象观测站的布局的同时，将场地一共划分为四个区域，并实现各自的功能，即移动气象观测站、标准气象示范场、气象探测及教学实习场、气象仪器性能的比对试验场。这四个区域的观测内容主要是气压、温湿度、辐射量、降雨量、蒸发强度、风速风向等等常规项目，此外也包括了许多其他科研观测的项目，例如有温湿廓线、云高、气溶胶浓度、湍流通量的探测等。这些观测场检测到的气象信息能够在路边建设的电子屏幕实时发布。我国相关部门于2010年4月28日正式下达文件，将这个实验场地命名为“中国气象局综合观测培训实习基地”，相关的观测设备见图2所示。

目前，学生在基地开展各类气象观测业务，在使用过程中还存在许多问题。首先，观测自动化程度低。有些业务由于行业标准的需要，还采用目测和机械钟自记录装置的方法进行观测。例如，温度的观测采用水银温度计^[1]（见图3），湿度的观测采用毛发湿度计或干湿球湿度表^[2]（见图4）。其中，水银温度计（寒暑表）量程为-30℃～50℃，精度为±3℃，测量时间段为一天的2时、8时、14时、20时；干湿球温度表工作范围为30-70%RH，精度为±8%。气压的观测水银气压表，气压量程为450~1060mpa，分辨率为30-40cm；风速通过记录风杯中轴下部的计数器计数来观测等，风速范围是0到50米每秒，精度是±(0.5 0.05V)米每秒。一系列气压参数的观测都需要，需要人工观测并记录，耗时耗力，测量自动化程度低，在观测过程中，也会因为技术原因或操作失误等造成数据不准确，则由此获得的观测数据会造成测量不准确的问题。

其次，设备维护麻烦。以观测到的数据参考，当设备故障时，在气象基站观测到的数据不一定产生较大误差，设备本身可能显示任意的数值等，因此设备故障发生故障不能及时检测；当发生设备故障时，人工故障判断和检修麻烦^[3]。

图3 用寒暑表进行地表温度观测

图4 基于干湿球表仪器的测湿和基于三杯式风速测量仪的测速

学校为了更好的服务于气象行业，培养更全面的气象类技术人才，在电子信息类专业开设了气象特色课程如《气象仪器》、《大气探测学》、《雷达原理和信号处理》等^[4]。课程教材由学校专家教授编写，涉及大气探测的原理及相应的仪器设备的使用及维护，课程教材见图5。

图5 学校电信类气象特色相关授课教材

1.1.2 研究目的

本设计针对上述观测自动化程度低及设备维护麻烦的问题，考虑到观测场的实际气候条件，为了更好的让同学们理解和掌握大气探测的常用仪器的原理、安装、测试、维护等知识，结合浙江天煌教仪THETDA-4型电子综合应用技术实验/开发平台（基于该平台，我们自行焊接设计一套软硬件装置，以备测试），设计一套地面气象观测站，该自动气象站主要利用物联网相关技术，提高整个观测过程的自动化程度，同时让设备的运行维护更加便捷。

1.1.3 研究意义

在实现自动化方面，本设计能实时显示观测场的气象信息并进行网络发布，同时测量的气象信息可以与标准观测场仪器进行比对，使得在测量场地内气象要素时更加方便快捷。在系统维护方面，本设计能实时监测各个下属传感器是否正常工作及其传输的数据是否准确等，能够提供气象基站现场硬件的实际情况，如果发现故障，即可获得最快速最有效的维护。

本设计采用了物联网解决方案，是一种物联网技术的应用，是自动气象站建设的一种创新，同学们通过项目实验，可以更好的巩固本专业相关基础知识技能，同时了解学校的行业服务特色，更好的拓展就业渠道。本设计将使得我们获取气象信息的途径更加方便、快捷，使得数据的处理更加自动化，有很强的可操控性，方便学生获取相关气象要素信息的同时，也方便了气象类相关课程开设的实践教学。

1.2 国内外研究综述

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：43591字

相关图片展示：