CN106324705A - 一种大气边界层气象探测系统 - Google Patents

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张永宏
董天天
郝曼
王丽华
刘云平
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了一种大气边界层气象探测系统，包括控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块、无线数传模块以及电源模块，温湿度传感器通过单总线方式与控制器连接，气压传感器通过I2C总线接口与控制器连接，GPS模块通过串口与控制器连接，存储模块通过SDIO接口与控制器连接，无线数传模块与控制器连接，电源模块给控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块及无线数传模块供电。本发明大气边界层气象探测系统集多种传感器于一身的微型气象探测系统，克服了传统的气象探测器体积庞大的缺点，并可灵活地实现本地存储数据和无线回传数据，结构简单，使用的便捷性好。

Description

一种大气边界层气象探测系统
技术领域
本发明涉及一种大气边界层气象探测系统，属于大气边界层气象探测技术领域。
背景技术
大气边界层是指地球表面与自由大气之间，受下垫面影响最为直接的一层大气，其厚度一般为1至2km，在地-气相互作用中起着“承上启下”的纽带作用。边界层直接与地表接触因而受地形影响较大，气流复杂，热量交换迅速，这些因素导致边界层在天气现象演变、大气污染物的传送和扩散等研究中具有重要的地位，现代气象学把大气边界层研究当作气象学发展的重要标志。
由于大气边界层内的湍流较强，扰动使得热量传递的过程变得十分复杂，各种天气现象层出不穷，从而向边界层大气探测仪器的稳定性和可靠性提出更高的要求。因此，寻求可靠性和稳定性高、低成本、可连续使用的边界层探测仪器具有重要的意义。
目前已实现的大气边界层探测仪器，大部分研究均是针对无线方式回传数据这一方面深入研究，很少有从设计自身携带存储卡存储数据对大气边界层探测系统进行改进，另外，整个探测系统的微型化也是一个需要考虑的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种大气边界层气象探测系统，是集多种传感器于一身的微型气象探测系统，并可灵活地实现本地存储数据和无线回传数据。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种大气边界层气象探测系统，包括控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块以及无线数传模块，所述温湿度传感器通过单总线方式与控制器连接，气压传感器通过I2C总线接口与控制器连接，GPS模块通过串口与控制器连接，存储模块通过SDIO接口与控制器连接，无线数传模块与控制器连接。
作为本发明的进一步方案，该系统还包括电源模块，所述电源模块与控制器连接，电源模块给控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块及无线数传模块供电。
作为本发明的优选方案，所述温湿度传感器采用DHT11型号的芯片。
作为本发明的优选方案，所述气压传感器采用BMP180型号的芯片。
作为本发明的优选方案，所述GPS模块采用NEO-6M型号的芯片。
作为本发明的优选方案，所述控制器采用STM32系列型号的芯片。
作为本发明的优选方案，所述存储模块为SD卡。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明大气边界层气象探测系统，在气象数据保存时，克服了传统气象探测仪器的数据保存方式，并可灵活地实现超远距离的远程探测，探测数据保存到自身的SD卡中，不受距离影响，控制的可用性高。
2、本发明大气边界层气象探测系统，容易操作，实现简单方便，用户可直接上电进行气象探测，通过在控制器器上灵活扩展，可形成系列产品。
3、本发明大气边界层气象探测系统，可以系气球、气艇、无人机为载体，搭载本发明的大气边界层气象探测系统进行大气探测。
附图说明
图1是本发明大气边界层气象探测系统的总体结构示意图。
图2是本发明系统中温湿度传感器数据采集工作流程示意图。
图3是本发明系统中气压传感器数据采集工作流程示意图。
图4是本发明系统中GPS模块数据采集工作流程示意图。
图5是本发明系统中存储模块数据保存工作流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
针对背景技术中提到的问题与不足，本发明自主设计一套集多种传感器于一身的微型气象探测系统，数据采用SD卡本地存储和无线数传模块回传的方式进行数据存储。对现有大气边界层气象探测系统的结构进行创新性研究，该系统的研发和实施，对于推动大气边界层气象探测系统等方面具有十分重要的意义。
如图1所示，为本发明大气边界层气象探测系统的总体结构示意图。大气边界层气象探测系统包括控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块、无线数传模块以及电源模块，控制器和驱动电路集成在一起。通过该系统对大气边界层的温度、湿度、大气气压、海拔高度、经纬度、风速风向数据进行探测。该大气边界层气象探测系统是集多种传感器于一身的微型气象探测系统，克服了传统的气象探测器体积庞大的缺点，并可灵活地实现本地存储数据和无线回传数据，结构简单，使用的便捷性好。
其中，温湿度传感器为DHT11型号的芯片，通过单总线方式与控制器连接，其作用是探测大气边界层的温湿度信息。
大气气压传感器为BMP180型号的芯片，采用I2C总线接口与控制器通信，输出气压值的同时输出当前温度进行补偿，以获得高精度的大气气压值，其作用为气象要素数据采集提供高精度的气压数据。
GPS模块为NEO-6M型号的芯片，通过串口通信方式与控制器通信，其作用是测量大气边界层的海拔高度、经纬度、风速风向气象数据。
存储模块选择SD卡来进行存储，通过SDIO接口与控制器通信，主要是用来保存气象要素数据采集的信息，为气象部门的实验分析做好数据收集准备。
无线数传模块采用无线网卡，无线网卡采用免装驱动，可接收wifi功能。
本发明大气边界层气象探测系统的工作流程为：采用温湿度传感器、气压传感器、GPS模块分别对气象要素进行数据采集，经控制器读取数据，并写入到存储模块中保存或者经过无线数传模块将数据无线传输至远程PC端实时显示，为气象部门的气象数据分析提供了保障。
如图2所示，为温湿度传感器数据采集工作流程示意图。控制器向温湿度传感器发送开始信号，温湿度传感器接收到开始信号后，判断是否为有效信号，如果是有效信号，则向控制器发送响应信号，并采集温湿度数据回传给控制器，否则，等待开始信号结束后，重新判断。
如图3所示，为气压传感器数据采集工作流程示意图。控制器向气压传感器发送控制信号，气压传感器接收到控制信号后开始温度测量，等待4.5ms后，读出温度值，然后开始压力测量，等待7.5ms后，读出气压值，利用当前温度对气压进行补偿，从而得到高精度的大气气压值。
如图4所示，为GPS模块数据采集工作流程示意图。控制器向GPS模块发送控制信号，GPS模块接收到控制信号后，进行DMA配置，获取GPS信息，并进行GPS解码后，输出经纬度、海拔高度及风速风向数据。
如图5所示，为存储模块数据保存工作流程示意图。控制器读取数据后，存储模块注册盘符，并新建文件系统，检测文件系统是否存在，如果存在，则打开新建文件系统，将气象数据进行格式转换，并在新建文件系统中写入数据，保存文件系统，否则，重新新建。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.大气边界层气象探测系统，其特征在于，包括控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块以及无线数传模块；所述温湿度传感器通过单总线方式与控制器连接，气压传感器通过I2C总线接口与控制器连接，GPS模块通过串口与控制器连接，存储模块通过SDIO接口与控制器连接，无线数传模块与控制器连接。
2.根据权利要求1所述大气边界层气象探测系统，其特征在于，该系统还包括电源模块，所述电源模块与控制器连接，电源模块给控制器、温湿度传感器、气压传感器、GPS模块、存储模块及无线数传模块供电。
3.根据权利要求2所述大气边界层气象探测系统，其特征在于，所述温湿度传感器采用DHT11型号的芯片。
4.根据权利要求2所述大气边界层气象探测系统，其特征在于，所述气压传感器采用BMP180型号的芯片。
5.根据权利要求2所述大气边界层气象探测系统，其特征在于，所述GPS模块采用NEO-6M型号的芯片。
6.根据权利要求2所述大气边界层气象探测系统，其特征在于，所述控制器采用STM32系列型号的芯片。
7.根据权利要求2所述大气边界层气象探测系统，其特征在于，所述存储模块为SD卡。
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