CN110753122A - 一种智能气象站系统及数据采集显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种智能气象站系统,包括供电单元、数据采集单元、主控单元和监测单元;数据采集单元采集的数据通过RS485总线使用ModBus协议传输到主控单元;主控单元基于多任务处理实现数据处理、存储和上传;监测单元包括PC端、web服务器和移动设备,实现web服务器和数据库的搭建,控制气象数据在PC客户端和移动设备端显示实时数据、历史曲线图和预警信息,供电单元提供电,本发明能够良好的实现气象数据的稳定采集和传输以及数据的实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能气象站系统及数据采集显示方法,属于互联网气象站技术领域。
背景技术
气象站是将传感器探测到的多个气象元素传输到计算机气象数据库中,进行气象数据的统计分析和处理,实现对某一地区全天候的气象监测。目前大多数气象站还是通过有线方式进行气象数据的传输,但有线方式成本高、人工干预强以及后期维护不便。随着无线通信技术的发展,我国也有很多气象站通过无线方式进行数据的传输,但目前无线自动气象站的主控处理器大都是ARM架构的外来芯片,不能实现真正的自主可控,而且大多数气象站价格昂贵。
发明内容
本发明的目的,在于公开一种智能气象站系统及数据采集显示方法,降低开发成本,提高稳定性,提高实时性。
本发明的技术方案如下:
一种智能气象站系统,包括:供电单元、数据采集单元、主控单元和监测单元;数据采集单元采集的数据通过RS485总线使用ModBus协议传输到主控单元;主控单元基于多任务处理实现数据处理、存储和上传;监测单元包括PC端、web服务器和移动设备,实现web服务器和数据库的搭建,控制气象数据在PC客户端和移动设备端显示实时数据、历史曲线图和预警信息,供电单元提供电源。
主控单元的处理器为基于MIPS架构的处理器,用于实现数据采集与处理和数据存储与通信;主控单元包括时钟电路、程序存储器、数据存储器、电源模块、以太网接口、GPS/北斗双模模块、串口和SD卡接口。
主控单元的嵌入式软件包括嵌入式实时操作系统和应用软件;
嵌入式实时操作系统为RT-Thread操作系统;
应用软件基于实时多任务操作系统,应用软件包括数据采集模块应用单元、主控模块应用单元和无线通信模块应用单元;数据采集模块应用单元配置RT-Thread ModBus组件,主控制器作为主机,数据采集单元(气象传感器单元)作为从机,通过ModBus协议与数据采集单元进行通信。
数据采集模块应用单元采集数据过程具体包括以下步骤:打开并初始化串口,然后通过串口向数据采集单元(从机)发送包含地址、功能码、波特率、周期信息的读取命令,数据采集单元接收到读取指令时会返回采集的数据,对数据采集单元返回的数据进行CRC校验,校验正确进行数据的存储,实现获取数据采集单元返回气象数据中六要素信息(温度、湿度、风向、风速、雨量和气压);数据采集单元包括可扩展接口、多要素百叶箱、风速变送器、风向变送器、雨量传感器和待测传感器。
主控模块应用单元进行数据处理具体包括以下步骤:基于RT-Thread 虚拟文件系统将采集数据存储到SD卡,通过GPS/北斗双模模块实现实时授时和定位,基于RT-Thread网络框架实现气象数据通过GPRS模块传输到监测单元的web服务器;
无线通信模块应用单元通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信,GPRS无线通信使用SIM800模块,基于 RT-Thread 开发的AT Socket协议栈组件,通过标准的BSD Socket方式实现网络通信。
监测单元通过搭建web服务器和应用云平台实现气象数据实时显示、历史数据查看和气象数据导出;监测单元进行数据实时显示包括以下步骤:控制web服务器无间断监听特定的端口,在得到主控单元的连接请求时做出响应并建立GPRS无线连接,接收到的数据保存在mysql数据库中,通过hightcharts可视化技术进行展示。
一种智能气象站数据采集显示方法,基于所述的智能气象站系统,进行气象数据的采集。
一种智能气象站数据采集显示方法具体包括以下步骤:
S1,打开并初始化串口,通过串口向数据采集单元发送读取命令,控制数据采集单元接收到读取指令时返回采集的气象数据,对数据采集单元返回的气象数据进行CRC校验,校验正确进行气象数据的存储;
S2,基于RT-Thread 虚拟文件系统将采集数据存储到SD卡,通过GPS/北斗双模模块实现实时授时和定位,基于RT-Thread 网络框架实现气象数据通过GPRS模块传输到监测单元的web服务器;
S3,通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信,GPRS无线通信使用SIM800模块,基于 RT-Thread 开发的AT Socket协议栈组件,通过标准的BSD Socket方式实现网络通信。
S4,通过搭建web服务器和应用云平台实现气象数据实时显示、历史数据查看和气象数据导出;监测单元进行数据实时显示包括以下步骤:控制web服务器无间断监听特定的端口,在得到主控单元的连接请求时做出响应并建立GPRS无线连接,接收到的数据保存在mysql数据库中,通过hightcharts可视化技术进行展示。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
本发明公开一种智能气象站系统,包括供电单元、数据采集单元、主控单元和监测单元;数据采集单元采集的数据通过RS485总线使用ModBus协议传输到主控单元;主控单元基于多任务处理实现数据处理、存储和上传;监测单元包括PC端、web服务器和移动设备,实现web服务器和数据库的搭建,控制气象数据在PC客户端和移动设备端显示实时数据、历史曲线图和预警信息,供电单元提供电源,方便控制,成本低,稳定性高,实时性高。
附图说明
图1为本发明一种智能气象站系统结构示意图;
图2为数据采集模块应用单元采集数据过程流程图;
图3为通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚,下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
以下将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论,显然,这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例,并不是全部的实例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
如图1所示,一种智能气象站系统,包括:供电单元、数据采集单元、主控单元和监测单元;数据采集单元采集的数据通过RS485总线使用ModBus协议传输到主控单元;主控单元基于多任务处理实现数据处理、存储和上传;监测单元包括PC端、web服务器和移动设备,实现web服务器和数据库的搭建,在PC客户端和移动设备端查看实时数据、历史曲线图和预警信息,供电单元提供电源。
智能气象站系统通过供电单元采用太阳能和蓄电池供电,可以在无市电和偏远地区正常使用;数据采集单元包括可扩展接口、多要素百叶箱、风速变送器、风向变送器、雨量传感器和待测传感器,进行温度、湿度、风向、风速、雨量、气压六要素的采集,数据通过RS485总线使用ModBus协议传输到主控单元;主控单元基于龙芯1C和RT-Thread多任务实现数据处理、存储和上传;监测单元包括PC端、web服务器和移动设备,实现web服务器和数据库的搭建,在PC客户端和移动设备端查看实时数据、历史曲线图和预警信息;结果表明,本系统能够良好的实现气象数据的稳定采集和传输以及数据的实时监测。
主控单元的处理器为基于MIPS架构的处理器,实现数据采集与处理和数据存储与通信功能;主控单元包括时钟电路、程序存储器、数据存储器、电源模块、实现程序下载的以太网接口、实现定位和授时的GPS/北斗双模模块、实现数据采集的串口和实现数据存储的SD卡接口。
主控单元的嵌入式软件包括嵌入式实时操作系统和应用软件;
嵌入式实时操作系统为RT-Thread操作系统;
应用软件基于实时多任务操作系统,应用软件包括数据采集模块应用单元、主控模块应用单元和无线通信模块应用单元;数据采集模块应用单元配置RT-Thread ModBus组件,主控制器龙芯1C作为主机,数据采集单元(气象传感器单元)作为从机,通过ModBus协议与数据采集单元进行通信。
如图2所示,数据采集模块应用单元采集数据过程具体包括以下步骤:打开并初始化串口,然后通过串口向数据采集单元(从机)发送读取命令,控制数据采集单元接收到读取指令时返回采集的数据,对数据采集单元返回的数据进行CRC校验,校验正确进行数据的存储;
主控模块应用单元进行数据处理具体包括以下步骤:基于RT-Thread 虚拟文件系统将采集的数据存储到SD卡,通过GPS/北斗双模模块实现实时授时和定位,基于RT-Thread 网络框架实现气象数据通过GPRS模块传输到监测单元的web服务器;
无线通信模块应用单元通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信,GPRS无线通信使用SIM800模块,基于 RT-Thread 开发的AT Socket协议栈组件,通过标准的BSD Socket方式实现网络通信,本申请中TCP Socket通信流程如图3所示。
监测单元通过搭建web服务器和应用云平台实现气象数据实时显示,历史数据查看和气象数据导出;监测单元进行数据实时显示包括以下步骤:控制web服务器无间断监听特定的端口,在得到主控单元的连接请求时做出响应并建立GPRS无线连接,接收到的数据保存在mysql数据库中,通过hightcharts可视化技术进行展示。
一种智能气象站数据采集显示方法,基于所述的智能气象站系统,进行气象数据的采集。
一种智能气象站数据采集显示方法,
具体包括以下步骤:
S1,打开并初始化串口,通过串口向数据采集单元发送读取命令,控制数据采集单元接收到读取指令时返回采集的气象数据,对数据采集单元返回的气象数据进行CRC校验,校验正确进行气象数据的存储;
S2,基于RT-Thread 虚拟文件系统将采集数据存储到SD卡,通过GPS/北斗双模模块实现实时授时和定位,基于RT-Thread 网络框架实现气象数据通过GPRS模块传输到监测单元的web服务器;
S3,通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信,GPRS无线通信使用SIM800模块,基于 RT-Thread 开发的AT Socket协议栈组件,通过标准的BSD Socket方式实现网络通信。
S4,通过搭建web服务器和应用云平台实现气象数据实时显示、历史数据查看和气象数据导出;监测单元进行数据实时显示包括以下步骤:控制web服务器无间断监听特定的端口,在得到主控单元的连接请求时做出响应并建立GPRS无线连接,接收到的数据保存在mysql数据库中,通过hightcharts可视化技术进行展示。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
类似地,应当理解,为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在上面对本发明的示例性实施例的描述中,本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说,如权利要求书所反映的那样,发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中,或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解,可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间,以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在下面的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外,所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此,具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外,装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子:该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件,或者它们的组合一起实现。从而,本发明的方法和设备,或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介,例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式,其中当程序被载入诸如计算机之类的机器,并被所述机器执行时,所述机器变成实践本发明的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下,计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件),至少一个输入装置,和至少一个输出装置。其中,存储器被配置用于存储程序代码;处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令,执行本发明方法。
以示例而非限制的方式,计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据,并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
如在此所使用的那样,除非另行规定,使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例,并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明,但是受益于上面的描述,本技术领域内的技术人员明白,在由此描述的本发明的范围内,可以设想其它实施例。此外,应当注意,本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的,而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此,在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围,对本发明所做的公开是说明性的,而非限制性的,本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能气象站系统,其特征在于,包括:
供电单元、数据采集单元、主控单元和监测单元;数据采集单元采集的数据通过RS485总线使用ModBus协议传输到主控单元;主控单元基于多任务处理实现数据处理、存储和上传;监测单元包括PC端、web服务器和移动设备,实现web服务器和数据库的搭建,控制气象数据在PC客户端和移动设备端显示实时数据、历史曲线图和预警信息,供电单元提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种智能气象站系统,其特征在于,
主控单元的处理器为基于MIPS架构的处理器,用于实现数据采集与处理和数据存储与通信;主控单元包括时钟电路、程序存储器、数据存储器、电源模块、以太网接口、GPS/北斗双模模块、串口和SD卡接口。
3.根据权利要求1所述的一种智能气象站系统,其特征在于,
主控单元的嵌入式软件包括嵌入式实时操作系统和应用软件;
嵌入式实时操作系统为RT-Thread操作系统;
应用软件基于实时多任务操作系统,应用软件包括数据采集模块应用单元、主控模块应用单元和无线通信模块应用单元;数据采集模块应用单元配置RT-Thread ModBus组件,主控制器作为主机,数据采集单元作为从机,通过ModBus协议与数据采集单元进行通信。
4.根据权利要求3所述的一种智能气象站系统,其特征在于,
数据采集模块应用单元采集数据过程具体包括以下步骤:打开并初始化串口,通过串口向数据采集单元发送读取命令,数据采集单元接收到读取指令时返回采集的数据,对数据采集单元返回的数据进行CRC校验,校验正确进行数据的存储;
主控模块应用单元进行数据处理具体包括以下步骤:基于RT-Thread 虚拟文件系统将采集数据存储到SD卡,通过GPS/北斗双模模块实现实时授时和定位,基于RT-Thread 网络框架实现气象数据通过GPRS模块传输到监测单元的web服务器;
无线通信模块应用单元通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信,GPRS无线通信使用SIM800模块,基于 RT-Thread 开发的AT Socket协议栈组件,通过标准的BSD Socket方式实现网络通信。
5.根据权利要求1所述的一种智能气象站系统,其特征在于,
监测单元通过搭建web服务器和应用云平台实现气象数据实时显示、历史数据查看和气象数据导出;监测单元进行数据实时显示包括以下步骤:控制web服务器无间断监听特定的端口,在得到主控单元的连接请求时做出响应并建立GPRS无线连接,接收到的数据保存在mysql数据库中,通过hightcharts可视化技术进行展示。
6.一种智能气象站系统,其特征在于,包括:
数据采集单元包括可扩展接口、多要素百叶箱、风速变送器、风向变送器、雨量传感器和待测传感器。
7.一种智能气象站数据采集显示方法,其特征在于,
基于如权利要求1~6任一项所述的智能气象站系统,进行气象数据的采集。
8.根据权利要求7所述的一种智能气象站数据采集显示方法,其特征在于,
具体包括以下步骤:
S1,打开并初始化串口,通过串口向数据采集单元发送读取命令,控制数据采集单元接收到读取指令时返回采集的气象数据,对数据采集单元返回的气象数据进行CRC校验,校验正确进行气象数据的存储;
S2,基于RT-Thread 虚拟文件系统将采集数据存储到SD卡,通过GPS/北斗双模模块实现实时授时和定位,基于RT-Thread 网络框架实现气象数据通过GPRS模块传输到监测单元的web服务器;
S3,通过GPRS基于TCP Socket协议进行通信,GPRS无线通信使用SIM800模块,基于 RT-Thread 开发的AT Socket协议栈组件,通过标准的BSD Socket方式实现网络通信;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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