CN105954814B - 一种便携式气象监测系统 - Google Patents

一种便携式气象监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种便携式气象监测系统，包括监测设备和移动端，所述监测设备包括电源、数据采集模块、应用管理模块、第一数据存储模块和通讯服务模块，所述电源、所述数据采集单元与通讯服务模块处于不间断工作状态：所述移动端包括数据处理模块、第二数据存储模块、显示模块和数据传输模块，所述通讯服务模块的广播能量超过所述数据传输模块的阈值；本发明能够同时测量多种气象因子，极大地提升气象服务的用户体验，通过对电源进行优化处理，较少电量损失，通过以优化流水线的方式进行工作，避免浪费设备的工作周期，从而提供了一种能够长时间供电的真正的便携式气象监测移动系统。

Description

一种便携式气象监测系统
技术领域
本发明涉及气象监测系统，具体涉及一种便携式气象监测系统。
背景技术
天气预报是一个科学、严谨的模拟结果，所得出的数值是预报的一个地区的平均值，因此存在不确定性，并且精度不高。以气温为例，气象部门给出的实测温度实际上是阴凉处百叶箱中的温度，而在炎热的夏天，太阳直射情况下的地表温度和百叶箱中的温度可以相差50度，而对于天气敏感人群，真正重要的永远是他们身边所处的环境的温度。
除温度之外，湿度、气压、紫外线等于人们生活息息相关的参数随时随地都在发生变化，而目前尚未有便携式的设备能够对上述气象参数进行实时的监测汇报，从而为人们的生产生活带来不便。
此外，现有的测温湿度，测气压等常规气象要素的仪器，有诸多弊端：
(1)尺寸大，携带不方便；
(2)只能测单一的要素；
(3)没有记录历史进行连续测量的功能；
(4)仅仅有最简单的数字显示，天气变量无法以便捷和易于理解的方式展示出来；
(5)操作复杂，待机时间短，经常要充电，易用性差；
(6)无法自动记录，更无法自动实现将气象数据自动记录到云端数据库的功能；
(7)无法获取当前地点最近范围最精确的空气质量预报；
(8)无法科学统计；
(9)无法做出更加天气变化做出贴心的定制提醒；
(10)没有联网功能；
(11)不易做成数据地图。
鉴于现有技术存在诸多缺点，有必要研发一种便携式的、综合多种气象监测功能的移动系统，为人们进行更为人性化的气象服务。
此外，电池寿命一直是便携式设备难以解决的难题，目前最好的智能腕表也只能待机7天，只有把这个问题解决掉，才能够研发出真正便携的气象监测移动系统。
发明内容
为解决上述技术问题，将气象信息通过便携式设备进行采集、存储、处理，使之为人们的生产生活服务，本发明提供一种便携式气象监测系统。
本发明是以如下技术方案实现的，一种便携式气象监测系统，所述系统包括监测设备和移动端，所述移动端用于接收并存储所述监测设备采集的气象数据，并对所述气象数据进行分析和可视化，
所述监测设备包括电源、数据采集模块、应用管理模块、第一数据存储模块和通讯服务模块，所述电源、所述数据采集模块与通讯服务模块处于不间断工作状态：
所述数据采集模块用于采集气象数据，并将所述气象数据传输至所述第一数据存储模块，所述通讯服务模块提供所述监测设备与所述移动端的通讯连接；所述应用管理模块控制所述数据采集模块以流水线方式交错采集不同种类的气象数据，并根据所述气象监测设备与外界的通讯状态对所述监测设备进行管理；
所述移动端包括数据处理模块、第二数据存储模块、显示模块和数据传输模块，所述通讯服务模块的广播能量超过所述数据传输模块的阈值：
所述数据传输模块用于获取来自所述监测设备的所述气象数据，所述数据处理模块用于对所述气象数据进行分析与可视化处理，所述显示模块用于显示经过可视化处理后的气象数据；
所述监测设备与所述移动端进行同步后才能够开始所述气象数据的传输，所述气象数据包括气象测量值和时间戳。
优选的，若所述气象监测设备与所述移动端处于通讯状态，则所述应用管理模块触发所述第一数据存储模块开启，所述第一数据存储模块用于存储所述气象数据，所述第一数据存储模块一旦开启便不会关闭。
优选的，若所述气象监测设备与所述移动端处于通讯状态，则所述应用管理模块触发所述数据采集模块以第一频率采集气象数据，否则，所述应用管理模块触发所述数据采集模块以第二频率采集气象数据。
优选的，所述数据采集模块以第一频率采集的气象数据被实时传输至移动端，所述第一数据存储模块和所述第二数据存储模块均仅存储间隔第一预设时间采集的气象数据。
优选的，所述数据采集模块以第二频率采集的气象数据被直接存储至所述第一数据存储模块。
优选的，当所述第一数据存储模块和/或第二数据存储模块没有空间存储新的气象数据时，所述数据存储模块删除最早存储的气象数据。
优选的，所述监测设备通过纽扣电池、电源电容和降压转换器提供电能，所述纽扣电池和所述电源电容并联后构成电源并与所述降压转换器连接，所述降压转换器的输出电容器通过一个集成封装的旁路开关与并联后的纽扣电池、电源电容连接。
优选的，所述应用管理模块用于协调应用服务，所述应用服务包括访问数据采集模块的传感器、对所述气象数据进行处理，对所述气象数据进行接收、发送和/或对所述气象数据进行存储。
优选的，所述数据处理模块根据获取的所述气象数据绘制气象实测图，所述气象实测图包括温度实测图、湿度实测图、气压实测图和/或紫外线实测图，并且根据获取的用户设定的场景和所述气象数据提供气象应对建议。
优选的，所述数据处理模块根据所述气象数据给出气象预测数据。
本发明提供了一种便携式气象监测系统，通过将气象信息使用便携式设备进行采集、存储、处理，使之为人们的生产生活服务，本发明的移动系统能够同时测量多种气象因子，实时反映气象变换的功能，能够极大地提升气象服务的用户体验，从而提高人们的生活质量；本发明通过对电源进行优化处理，极大地提升了电源容量，维持电流稳定，减小电量输出，通过对降压转换器进行优化，较少电量损失，通过添加应用管理模块对应用程序进行管理，以优化流水线的方式进行工作，避免浪费设备的工作周期，从而提供了一种能够长时间供电的真正的便携式气象监测移动系统。
附图说明
图1是本发明第一个实施例逻辑示意图；
图2是本发明第二个实施例中温度优化模块逻辑示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
在一个实施例中，如图1所示，一种便携式气象监测系统，所述系统包括监测设备和移动端，所述移动端用于接收并存储所述监测设备采集的气象数据，并对所述气象数据进行分析和可视化，
所述监测设备包括电源、数据采集模块、应用管理模块、第一数据存储模块和通讯服务模块，所述电源、所述数据采集模块与通讯服务模块处于不间断工作状态：
所述数据采集模块用于采集气象数据，并将所述气象数据传输至所述第一数据存储模块，所述通讯服务模块提供所述监测设备与所述移动端的通讯连接；所述应用管理模块控制所述数据采集模块以流水线方式交错采集不同种类的气象数据，并根据所述气象监测设备与外界的通讯状态对所述监测设备进行管理；
所述移动端包括数据处理模块、第二数据存储模块、显示模块和数据传输模块，所述通讯服务模块的广播能量超过所述数据传输模块的阈值：
所述数据传输模块用于获取来自所述监测设备的所述气象数据，所述数据处理模块用于对所述气象数据进行分析与可视化处理，所述显示模块用于显示经过可视化处理后的气象数据；
所述监测设备与所述移动端进行同步后才能够开始所述气象数据的传输，所述气象数据包括气象测量值和时间戳。
具体地，若所述气象监测设备与所述移动端处于通讯状态，则所述应用管理模块触发所述第一数据存储模块开启，所述第一数据存储模块用于存储所述气象数据，所述第一数据存储模块一旦开启便不会关闭。
具体地，若所述气象监测设备与所述移动端处于通讯状态，则所述应用管理模块触发所述数据采集模块每1s采集一次气象数据，所述第一数据存储模块和所述第二数据存储模块均仅存储间隔6s采集的气象数据；否则，所述应用管理模块触发所述数据采集模块每5s采集一次气象数据，所述气象数据被直接存储至所述第一数据存储模块。
具体地，当所述第一数据存储模块和/或第二数据存储模块没有空间存储新的气象数据时，所述数据存储模块删除最早存储的气象数据。所述第一数据存储模块只保存最近4096个气象数据点，当存有4096个气象数据点时，把第1个气象数据点删除。
具体地，所述监测设备通过纽扣电池、电源电容和降压转换器提供电能，所述纽扣电池和所述电源电容并联后与所述降压转换器连接，所述降压转换器的输出电容器通过一个集成封装的旁路开关与并联后的纽扣电池、电源电容连接。
所述纽扣电池在无线射频发生器发射接收大电流状态时，电池电压波动大，甚至会导致系统崩溃，在使用品质一般的电池或者电池使用一段时间之后更容易出现，并且瞬间大电流非常影响电池寿命，为此，本实施例通过并联大电容的方式达到使系统能够稳定工作，并且提高电池使用寿命的目的，在某些比较差的电池可使实际容量提高40％；此外，所述降压转换器通过高效降压转换，减少了发送数据和接收数据期间对电池的流耗。
具体地，所述应用管理模块用于协调应用服务，所述应用服务包括访问数据采集模块的传感器、对所述气象数据进行处理，对所述气象数据进行接收、发送和/或对所述气象数据进行存储，所述传感器包括温湿度传感器、气压传感器和紫外线传感器，在所述监测设备的一个工作周期中，对所述三种传感器的访问、对采集的气象数据的处理以及对所述气象数据的收发和存储都是交错进行，通过精确测定每一个动作所需用时，对每个动作的频率进行设定，因而整个监测设备的运行过程不存在时间冲突，从而提高设备运行效率，较少电量消耗。
具体地，所述数据处理模块根据获取的所述气象数据绘制气象实测图，所述气象实测图包括温度实测图、湿度实测图、气压实测图和/或紫外线实测图，并且根据获取的用户设定的场景和所述气象数据提供气象应对建议，所述数据处理模块还根据所述气象数据给出气象预测数据。
所述移动端与所述监测设备建立通信时需要进行数据同步，当达到数据同步条件时，所述监测设备一次性上传所述第一数据存储模块的全部数据，所述数据同步条件为所述第一数据存储模块中历史数据记录条数达到数据同步的阈值，数据同步结束后，监测设备开始向手机移动端实时发送气象数据。
所述监测设备从未与移动端绑定、未进行时间同步时，所述监测设备没有数据保存的功能，但当所述监测设备与移动端进行首次连接且时间同步后，开启此数据保存的功能。
所述监测设备与所述移动端通过蓝牙进行通信，校准设备时间。
所述监测设备通过蓝牙传输进行固件升级。
本发明第二个实施例，与第一个实施例区别在于，所述数据采集模块还包括温度优化模块，如图2所示，所述温度优化模块包括温度采集子模块、第一数据获取子模块、第二数据获取子模块、第三数据获取子模块和最终数据获取子模块，
所述温度采集子模块获取采样时刻的采样数据，并将所述采样数据传输至所述第一数据获取子模块，
所述第一数据获取子模块获取所述采样时刻的第一数据并将所述第一数据传输至所述第二数据获取子模块，所述采样时刻的第一数据为所述采样时刻的采样数据经过自适应低通滤波后获得的数据，
所述第二数据获取子模块获取所述采样时刻的第二数据并将所述第二数据传输至所述第三数据获取子模块，所述采样时刻的第二数据为所述采样时刻的第一数据经过频率扩展后获得的数据，
所述第三数据获取子模块获取所述采样时刻的第三数据并将所述第三数据传输至所述最终数据获取子模块，所述采样时刻的第三数据为所述采样时刻的第二数据经过加速处理后的第一次修正量；
所述最终数据获取模子模块对所述采样时刻的第三数据进行自适应平滑处理，得到并输出所述采样时刻的最终数据。
具体地，还包括预判子模块，所述预判子模块判断是否为初次采样，若是，则所述采样时刻的第一数据、第二数据、第三数据和最终数据均与所述采样数据相等。
具体地，所述第一数据获取子模块还包括第一比较单元，
所述第一比较单元用于获取第n次采样数据与第n-1次采样时刻的第一数据的差值D1＝|t(n)-t1(n-1)|，其中t(n)为第n次采样数据，t1(n-1)为第n-1次采样时刻的第一数据，n为采样次数，并比较所述差值与第一阈值，所述第一数据获取子模块根据比较结果获取第n次采样时刻的第一数据。
具体地，若所述差值大于所述第一阈值，则所述第一数据获取子模块通过公式获取所述采样时刻的第一数据，所述公式为t1(n)＝t1(n-1)×(1-A(L)×B(L))+t(n)×A(L)×B(L),其中，A(L)为低通滤波系数，B(L)为滞后系数，t(n)为第n次采样数据，t1(n-1)为第n-1次采样时刻的第一数据，
否则，所述第一数据获取子模块将第n次采样数据设置为第n次采样时刻的第一数据。
具体地，所述第二数据获取子模块根据公式获取第n次采样时刻的第二数据，所述公式为t2(n)＝p(K)×(1+τ/c)×t1(n)-p(K)×t1(n-1)+t2(n-1)，其中t2(n)为第n次采样时刻的第二数据，t1(n)为第n次采样时刻的第一数据，p(K)为频率扩展参数，τ为采样时间，c为温度传感器时间常数的倒数。
具体地，所述最终数据获取子模块还向所述第三数据获取子模块输出采样时刻的最终数据，所述第三数据获取子模块根据公式获取第n次采样时刻的第三数据，所述公式为t3(n)＝tout(n-1)×(1-A(L))+t2(n)×A(L)，其中，t2(n)为第n次采样时刻的第二数据，tout(n-1)为第n-1次采样时刻的最终数据，A(L)为低通滤波系数，t3(n)为所述采样时刻的第三数据。
具体地，所述温度采集子模块还将所述采样时刻的采样数据传输至所述最终数据获取子模块，所述最终数据获取子模块还包括第二比较单元，
所述第二比较单元获取所述采样时刻的第三数据与所述采样时刻的采样数据的差值D2＝|t3(n)-t(n)|，比较所述差值与第二阈值，并将比较结果传输至所述最终数据获取子模块。
具体地，若所述差值小于第二阈值，则所述最终数据获取子模块根据所述采样时刻的采样数据与所述采样时刻的第三数据进行加权平均获得所述采样时刻的最终数据，所述加权平均公式为tout(n)＝t(n)×(1-|t3(n)-t(n))+t3(n)×|t3(n)-t(n)|，其中tout(n)为所述采样时刻的最终数据，
否则，所述最终数据获取子模块将所述采样时刻的最终数据设置为与采样时刻的第三数据相等。
具体地，所述第二阈值为1。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述系统包括监测设备和移动端，所述移动端用于接收并存储所述监测设备采集的气象数据，并对所述气象数据进行分析和可视化，
所述监测设备包括电源、数据采集模块、应用管理模块、第一数据存储模块和通讯服务模块，所述电源、所述数据采集模块与通讯服务模块处于不间断工作状态：
所述数据采集模块用于采集气象数据，并将所述气象数据传输至所述第一数据存储模块，所述通讯服务模块提供所述监测设备与所述移动端的通讯连接；所述应用管理模块控制所述数据采集模块以流水线方式交错采集不同种类的气象数据，并根据所述气象监测设备与外界的通讯状态对所述监测设备进行管理；
所述移动端包括数据处理模块、第二数据存储模块、显示模块和数据传输模块，所述通讯服务模块的广播能量超过所述数据传输模块的阈值：
所述数据传输模块用于获取来自所述监测设备的所述气象数据，所述数据处理模块用于对所述气象数据进行分析与可视化处理，所述显示模块用于显示经过可视化处理后的气象数据；
所述监测设备与所述移动端进行同步后才能够开始所述气象数据的传输，所述气象数据包括气象测量值和时间戳；
若所述气象监测设备与所述移动端处于通讯状态，则所述应用管理模块触发所述第一数据存储模块开启，所述第一数据存储模块用于存储所述气象数据，所述第一数据存储模块一旦开启便不会关闭；
若所述气象监测设备与所述移动端处于通讯状态，则所述应用管理模块触发所述数据采集模块以第一频率采集气象数据，否则，所述应用管理模块触发所述数据采集模块以第二频率采集气象数据。
2.根据权利要求1所述的一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述数据采集模块以第一频率采集的气象数据被实时传输至移动端，所述第一数据存储模块和所述第二数据存储模块均仅存储间隔第一预设时间采集的气象数据。
3.根据权利要求2所述的一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述数据采集模块以第二频率采集的气象数据被直接存储至所述第一数据存储模块。
4.根据权利要求1所述的一种便携式气象监测系统，其特征在于：当所述第一数据存储模块和/或第二数据存储模块没有空间存储新的气象数据时，所述数据存储模块删除最早存储的气象数据。
5.根据权利要求1所述的一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述监测设备通过纽扣电池、电源电容和降压转换器提供电能，所述纽扣电池和所述电源电容并联后构成电源并与所述降压转换器连接，所述降压转换器的输出电容器通过一个集成封装的旁路开关与并联后的纽扣电池、电源电容连接。
6.根据权利要求1所述一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述应用管理模块用于协调应用服务，所述应用服务包括访问数据采集模块的传感器、对所述气象数据进行处理，对所述气象数据进行接收、发送和/或对所述气象数据进行存储。
7.根据权利要求1所述一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述数据处理模块根据获取的所述气象数据绘制气象实测图，所述气象实测图包括温度实测图、湿度实测图、气压实测图和/或紫外线实测图，并且根据获取的用户设定的场景和所述气象数据提供气象应对建议。
8.根据权利要求6所述一种便携式气象监测系统，其特征在于：所述数据处理模块根据所述气象数据给出气象预测数据。
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