CN203643622U - 一种车载气象数据自动采集上传装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车载气象数据自动采集上传装置，包括数据感知模块、电源模块、存储模块和无线通信模块，其中数据感知模块、存储模块和无线通信模块分别与主控模块连接，所述电源模块为装置内各部件供电；所述数据感知模块包括温湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、风速风向传感器、PM2.5颗粒物检测传感器、高清摄像头和全球定位器；所述主控模块包括处理器和与处理器连接的晶振电路，所述晶振电路用于定时。本实用新型体积小、部署灵活，能够装载在移动交通工具上，适用于自动气象站稀少和地形复杂的偏远地区，能够移动采集到大量的气象数据和时景图像，弥补常规探测资料的不足，有助于提高准确性和时效性。
Description
技术领域
本实用新型属于气象数据采集技术领域，尤其是涉及一种装载在汽车上的气象数据自动采集上传装置。
背景技术
目前，国内的气象观测主要依靠大型的自动气象观测站，以及小部分气象观测车。自动气象站一般分布在地势平坦，且经济发达的地区，而地势复杂且经济落后的山区等，由于布线困难，建造成本高昂等原因，气象站数量相对较少，布局也很稀疏，严重影响了气象预报的精细化程度和实时性，而且自动气象站位置固定，灵活性差。气象观测车虽然解决了自动气象站的移动性差、灵活性低的问题，其装载的各项观测设备体积大，造价较高，普及率也较低，因此当前的气象数据采集一直存在着数据覆盖范围有限，实时性不高的缺陷。
随着嵌入式技术、微电子技术和无线通信技术的快速发展，孕育出了无线传感网。如果将无线传感器与目前日益普及的汽车相结合，利用汽车机动灵活、分布范围广的特点，则能有效扩展气象数据的采集范围，尤其是对于提高气象资料稀疏区气象数据的获取能力具有重大意义。
发明内容
基于上述问题，本实用新型公开了一种车载气象数据自动采集上传装置，可装载在小型汽车上使用，能够实现多样、实时的气象信息采集。
为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种车载气象数据自动采集上传装置，包括数据感知模块、电源模块、存储模块和无线通信模块，其中数据感知模块、存储模块和无线通信模块分别与主控模块连接，所述电源模块为装置内各部件供电；所述数据感知模块包括温湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、风速风向传感器、PM 2.5 颗粒物检测传感器、高清摄像头和全球定位器；所述主控模块包括处理器和与处理器连接的晶振电路，所述晶振电路用于定时；所述电源模块包括汽车电源、太阳能蓄电池单元和电源转换单元，所述汽车电源和太阳能蓄电池单元通过电源转换单元为装置内各部件供电。
作为本实用新型的一种改进方案，所述无线通信模块包括ZigBee通信单元、移动通信单元和卫星通信单元。
作为本实用新型的一种优选方案，所述处理器采用S3C6410芯片。
作为本实用新型的一种优选方案，所述ZigBee通信单元采用CC2430芯片，所述移动通信单元采用A60E模块。
作为本实用新型的一种优选方案，所述存储模块包括NandFlash和SDRAM。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
1. 装置体积小、部署灵活，成本低廉，能够装载在移动交通工具上，适用于自动气象站稀少、地形复杂、环境恶劣的偏远地区；集成了多种传感器，能够移动采集到多样化的气象数据和时景图像，弥补常规探测资料的不足，有助于改善现行数值预报在时间、空间分辨率上的不足，提高气象信息的精细化程度，提高准确性和时效性。
2. 采用多通信技术，既适用于气象传感网，又保障了通信的可靠性，即使是在偏远地区也能够保证数据的实时传输。
3. 双电源供电方式能够增加本装置运行的稳定性和可靠性。
4. 装置内的处理器能够进行感知数据的有效性验证，节省了存储空间的开销，减轻了服务器端的工作负荷。
附图说明
图1为本实用新型提供的车载气象数据自动采集上传装置的结构示意图；
图2为本实用新型的应用场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1为一种车载气象数据自动采集上传装置的各部件连接示意图，主要包括数据感知模块、电源模块、存储模块和无线通信模块，其中数据感知模块、存储模块和无线通信模块分别与主控模块连接，所述电源模块为装置内各部件供电。
具体地说，所述数据感知模块包括温湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、风速风向传感器、PM 2.5 颗粒物检测传感器、高清摄像头和全球定位器；温湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、风速风向传感器和PM 2.5 颗粒物检测传感器用于获取实时的气象感知数据，每隔一段时间（如3分钟）自动采集一次；全球定位器可接收北斗或GPS定位卫星发送的数据，获取精确的行车位置，即经纬度数据；某一时刻的气象感知数据会伴随该时刻的汽车位置信息一同传输给主控模块。
所述主控模块包括处理器和与处理器连接的晶振电路，主控模块接收经A/D转换后的感知数据，所述晶振电路实现精确定时，每隔半小时自动激活无线通信模块将气象感知数据上传。存储模块包括NandFlash和SDRAM，外扩的32MNandFlash用于存储行车途中感知到的所有气象数据，也存储一些预报模型规则和模型参数信息，SDRAM用于提供系统运行空间。处理器可以采用常规单片机或三星的S3C6410芯片，S3C6410芯片是一款低功率、高性价比、高性能的用于移动电话和通用处理RSIC处理器，包括许多硬件外设，如一个相机接口，TFT24位真彩色液晶显示控制，系统管理器（电源管理等），4通道UART，32通道DMA，4通道定时器，通用的I/O端口，IIS总线接口，IIC总线接口，USB主设备，在高速时USB OTG操作，SD主设备和高速多媒体卡接口、用于产生时钟的PLL。S3C6410工作在主模式，其他无线通信模块都工作在从模式。
所述电源模块包括汽车电源、太阳能蓄电池单元和电源转换单元，所述汽车电源和太阳能蓄电池单元通过电源转换单元为装置内各部件供电。一般情况下，由汽车电源为本装置供电，当汽车在行车途中发生故障或汽车电源系统供电失效时，会启用作为后备电源的太阳能蓄电池，以保证整个装置的正常运行。
作为本实用新型的一种改进方案，所述无线通信模块采用多通信技术方式，具体包括ZigBee通信单元、移动通信单元和卫星通信单元。其中，ZigBee通信模单元采用无线射频通信方式，可优选采用CC2430芯片，具有休眠模式，低成本低功耗。ZigBee通信模单元可以与附近的中继台通信，将数据以ZigBee信号形式发送至中继台，再由中继台负责将其发送至远程终端。通过ZigBee通信单元，车载气象数据自动采集上传装置可以作为无线传感网中的传感器节点用以组建无线传感网，只要在道路两侧安装中心节点或协调器，感知子网能自动识别进入范围的数据感知模块中的车载气象数据自动采集上传装置，而无需安装固定的传感器节点，有助于提高传感器节点的复用性。当汽车驶入某个感知子网范围时，该装置可以参与组网，数据感知模块就能像无线传感网中的传感器节点一样工作，并通过ZigBee通信模块将采集到的数据发送给感知子网中的协调器，协调器再将数据发送给附近的基站，并最终将数据上传至服务器。移动通信模块采用GPRS/3G高速通信芯片，可利用地面移动通信网络将数据上传至3G网络，优选采用爱赛德A60E模块，爱赛德A60E模块内含GPRS/CDMA模块，支持语音、短信息、传真、数据通信、GPRS/CDMA通信，并且内嵌IP协议栈，实现了常用的上层协议，终端无需主机即可通信。卫星通信模块主要是应对一些没有地面移动通信网络覆盖的偏僻地区，通过网口芯片提供卫星移动通信接口，从而可以通过卫星通信链路传输数据，当前两种通信方式都失败时，可以切换到这种通信方式。三种通信方式使得即使在设施较差的偏远地区依然能保证本装置采集到的数据能够有效上传。
如图2所示，本装置随着汽车的移动，能够采集各个地点的温湿度、光照强度、雨量、风速、风向和PM 2.5 颗粒物浓度等气象数据，还能够拍摄各个地点的时景图像，连同汽车位置信息通过无线通信模块，利用无线传感网、移动网络或卫星通讯连接互联网，最终上传至气象信息平台。处理器在接收到无线通信模块中各个单元传输来的数据后，能够根据预先存储的各气象要素的合理波动范围，将接收到的各气象要素值与对应的上下边界值进行比较，如果超出就过滤掉这些不合理的数据，并记录一次具体是哪个传感器感知错误，如果合理，则按规定格式将气象感知数据加上采集时间和定位数据一同保存进存储器中，这样能够保证从本装置上传的数据均为合理数据。在晶振电路自动激活无线通信模块上传数据时，还能同时读取存储模块中的错误记录，如果短时间内某个气象要素值频繁发生错误，初步怀疑相应的传感器发生了故障，并发出故障提示信息。
更进一步的，处理器还能读取内存中前一个时刻的历史数据，计算前后两个时刻的差值，当存在任一项气象要素值发生变化剧烈，比如前后两个时刻温度相差0.1度时，主控模块自动触发摄像头拍摄天气时景图像并立刻激活无线通信模块将其上传至网络，实现气象要素值剧烈变动时的时景图像实时采集。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种车载气象数据自动采集上传装置，其特征在于：包括数据感知模块、电源模块、存储模块和无线通信模块，其中数据感知模块、存储模块和无线通信模块分别与主控模块连接，所述电源模块为装置内各部件供电；所述数据感知模块包括温湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、风速风向传感器、PM 2.5 颗粒物检测传感器、高清摄像头和全球定位器；所述主控模块包括处理器和与处理器连接的晶振电路，所述晶振电路用于定时； 所述电源模块包括汽车电源、太阳能蓄电池单元和电源转换单元，所述汽车电源和太阳能蓄电池单元通过电源转换单元为装置内各部件供电。
2.根据权利要求1所述的车载气象数据自动采集上传装置，其特征在于：所述无线通信模块包括ZigBee通信单元、移动通信单元和卫星通信单元。
3.根据权利要求1或2所述的车载气象数据自动采集上传装置，其特征在于：所述处理器采用S3C6410芯片。
4.根据权利要求1或2所述的车载气象数据自动采集上传装置，其特征在于：所述ZigBee通信单元采用CC2430芯片，所述移动通信单元采用A60E模块。
5.根据权利要求1或2所述的车载气象数据自动采集上传装置，其特征在于：所述存储模块包括NandFlash和SDRAM。
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