CN102801807A - 基于gprs和卫星通信的双模式无线微型气象站系统 - Google Patents

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赖晓路
秦政
岳以洋
包德梅
罗存
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本发明公开了一种基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，包括各传感器，其特征在于，各传感器与微型气象站内的控制计算机相连，控制计算机分别与卫星通信模块、GPRS通信模块相连。本发明采用GPRS和卫星通信传输的双模式无线通信方式，微型气象站优先使用GPRS方式传输气象数据，当GPRS服务不可用时采用卫星通信方式传输气象数据。

Description

基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统
技术领域
本发明涉及气象数据监测领域，本发明特别涉及基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统。
背景技术
目前，越来越多的工业控制领域和能源行业需要气象数据的支持，如风力发电场、光伏发电场等。需要采集的天气信息数据一般包括：风速、风向、气压、相对湿度、光强等信息。
尽管有一些国家和地区的气象部门会在网络上发布免费的气象数据，然而这些免费发布的气象数据精度却难以满足实际需要。如美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布的免费气象数据地理精度是1经度×1纬度大约是100公里×100公里的范围，时间精度是3个小时。以我国的风电场为例，风电场往往要求采集的气象数据时间分辨率小于5分钟，而且风电场的地理范围往往是分布在几公里之内，不规则的形状。
气象站系统除了需要完成天气数据的采集，还需要将采集的数据可靠传输到监控室的服务器中。考虑到如风电场、光伏发电场距离监控室较远而且布设通信电缆或光纤成本较高，因此采用无线传输方式。目前无线传输使用最多的一种方式是：通用分组无线服务技术(GPRS General Packet Radio Service)。GPRS传输方式使用便捷，只要在运营商提供服务的地区缴纳一定的费用就可以使用高质量、高可靠性的无线传输方式，无需自己组网。然而我国的风电场、光伏发电场一般建设在较偏僻的西北和西南地区，有的风电场甚至建设在海上，运营商提供的信号可能无法完全覆盖这些区域。因此本发明采用GPRS和卫星通信双模式无线传输方式实现气象数据的传输。
本发明的卫星通信使用轨道通信系统Orbcomrn，Orbcomrn是只能实现数据业务全球通信的小卫星移动通信系统，该系统由36颗小卫星及地面部分(含地面信关站、网络控制中心和地面终端设施)组成，其中28颗卫星在补轨道平面上：第l轨道平面为2颗卫星，轨道高度为736/749 km；第2至第4轨道平面的每个轨道平面布置8颗卫星，轨道高度为775 km；第5轨道平面有2颗卫星，轨道高度为700km，主要为增强高纬度地区的通信覆盖；另外8颗卫星为备份。
发明内容
本发明的目的在于为工业控制领域和能源行业提供精度较高的气象数据，并且保证这些采集来的气象数据可以稳定、高效的传输到监控室的服务器中。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，包括各传感器，其特征在于，各传感器与微型气象站内的控制计算机相连，控制计算机分别与卫星通信模块、GPRS通信模块相连。
前述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：各传感器包括风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器。
前述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块分别与各传感器、控制计算机、卫星通信模块、GPRS通信模块相连。
前述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：所述控制计算机包括：
数据处理模块：用来处理传感器采样后的数据；
数据存储模块：用来存储数据处理模块统计输出的气象数据结果。
前述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：所述控制计算机还包括主控模块，用于监控GPRS通信模块和卫星通信模块，如果GPRS通信连接中断时间超过设定时间或者GPRS服务不可用，主控模块自动唤醒卫星通信模块，通过卫星通信方式传送气象数据，当微型气象站系统使用卫星通信方式进行气象数据传送时，主控模块定时检测GPRS通信是否可用，如果检测到GPRS通信方式可用，在卫星通信发送完本次数据后，主模块将系统的通信方式切换至GPRS通信方式。
本发明所达到的有益效果：
本发明使用一种基于GPRS和卫星通信传输的双模式无线微型气象站系统，为工业控制领域和能源行业提供精度较高的气象数据包括：风速风向、温度、相对湿度、气压、光强等气象数据。为了保证采集到的气象数据可以稳定、准确的通过无线方式传送到监控室，本发明采用GPRS和卫星通信传输的双模式无线通信方式，微型气象站优先使用GPRS方式传输气象数据，当GPRS服务不可用时采用卫星通信方式传输气象数据。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明的GPRS通信方式示意图；
图3是本发明的卫星通信方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施对本发明进一步说明。
本发明集成了风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器。微型气象站通过这些传感器采集气象数据，采集后的气象数据送入微型气象站内的嵌入式系统，系统对采集后的数据进行处理并存储。微型气象站使用Modbus TCP规约作为通信协议传输数据，优先选择GPRS作为数据无线传输的方式，一旦无法通过GPRS传送数据，微型气象站改用卫星方式传输数据。
本发明的一种基于GPRS和卫星通信传输的双模式无线微型气象站系统包括：传感器模块、数据处理模块、数据存储模块、GPRS通信模块、卫星通信模块和电源模块。
传感器模块包括：风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器。每一种传感器的采样周期都是5秒。
数据处理模块用来处理传感器采样后的数据。数据处理模块主要统计，每5分钟、10分钟、15分钟、1小时、1天的最大值、最小值、平均值。
数据存储模块用来存储数据处理模块统计输出的气象数据结果。每5分钟、10分钟和15分钟、1小时的最大值、最小值、平均值保留15天，1天的最大值、最小值、平均值保留3个月。
GPRS通信模块支持4个频段：850/900/1800/1900MHZ，支持GSM标准AT命令，支持GSM/GPRS Phase2/2+协议，内嵌TCP/IP 协议。GPRS模块接口包括：串行接口（最大串口速率可达115200bit/s）用于获取采集处理后的气象数据；标准SIM卡接口（1.8V或3V）用于插入运营商提供的SIM卡。如果使用GPRS专线方式进行数据传输，需要使用运营商特殊定制的SIM卡。
卫星通信模块工作频段：发送频段148-150.05 MHz，接收频段137-138 MHz。卫星通信模块具有SMA天线接口用于发送气象数据到监控室，串行接口（最大串口速率可达115200bit/s）用于获取采集处理后的气象数据。由于卫星通信需要考虑到星系切换因素，通信时延一般需要10-60秒。
主控模块用于监控GPRS通信模块和卫星通信模块，一旦GPRS通信连接中断时间超过设定时间或者GPRS服务不可用，主控模块自动唤醒卫星通信模块，通过卫星通信方式传送气象数据。当微型气象站系统使用卫星通信方式进行气象数据传送时，主模块会定时检测GPRS通信是否可用，如果检测到GPRS通信方式可用，在卫星通信发送完本次数据后，主模块将系统的通信方式切换至GPRS通信方式。
电源模块是给整个微型气象站提供电源支持。整个系统采用太阳能供电。电源模块包括太阳能电板、蓄电池、DC/DC直流互变器。
如图1所示，整个卫星气象站是通过传感器获取外部气象数据。传感器包括：风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器。传感器采集到的数据由数据处理模块进行统计运算，分别统计出每5分钟、10分钟、15分钟、1小时、1天的最大值、最小值、平均值。统计输出的结果存储在数据存储模块中。主控模块负责控制整个数据流的采集、处理、存储过程，并定时监测GPRS通信模块和卫星通信模块。主模块有限选择GPRS方式进行通信，如果GPRS服务不可用，主控模块自动唤醒卫星通信模块，通过卫星通信方式传送气象数据。
如图2所示，当微型气象站通过GPRS方式传输气象数据时，数据通过GPRS模块，经过无线信道送达运营商基站，基站通过光纤连接至移动通信核心分组交换网络，最后通过专线将气象数据送到监控室的气象数据服务器上。
如图3所示，当微型气象站通过Orbcomrn卫星系统传输气象数据是，气象数据通过卫星通信模块，经过微波传送到Orbcomrn卫星后转发至监控室的卫星数据接收器上，在通过卫星数据接收器传输到监控室气象数据服务器上。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，包括各传感器，其特征在于，各传感器与微型气象站内的控制计算机相连，控制计算机分别与卫星通信模块、GPRS通信模块相连。
2.根据权利要求1所述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：各传感器包括风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器。
3.根据权利要求1所述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块分别与各传感器、控制计算机、卫星通信模块、GPRS通信模块相连。
4.根据权利要求1所述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：所述控制计算机包括：
数据处理模块：用来处理传感器采样后的数据；
数据存储模块：用来存储数据处理模块统计输出的气象数据结果。
5.根据权利要求1所述的基于GPRS和卫星通信的双模式无线微型气象站系统，其特征在于：所述控制计算机还包括主控模块，用于监控GPRS通信模块和卫星通信模块，如果GPRS通信连接中断时间超过设定时间或者GPRS服务不可用，主控模块自动唤醒卫星通信模块，通过卫星通信方式传送气象数据，当微型气象站系统使用卫星通信方式进行气象数据传送时，主控模块定时检测GPRS通信是否可用，如果检测到GPRS通信方式可用，在卫星通信发送完本次数据后，主模块将系统的通信方式切换至GPRS通信方式。
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