基于嵌入式技术的自动气象信息系统设计与实现

摘要

居民生活和工业生产对气象预测的要求越来越高,而准确的气象预测依赖于精确性高、稳定性好的气象观测数据,因此,近年来对气象观测设备提出了更高的要求。但是,我国幅员辽阔,部分地区自然环境恶劣,气象站维护困难或人员难以长期生存,这样,在一定程度上限制了气象数据的采集,使气象数据的时间密度和空间密度都难以达到精准预测的需要。近几十年来,随着电子信息和计算机技术的发展,逐渐出现了无人值守、无需经常维护的自动无人气象站,解决了传统气象站中,部分气象站难以维护和数据采集的问题。随着嵌入式系统软硬件技术的发展,将其应用到气象监测领域成为了可能,因此,以嵌入式系统为核心的自动气象站越来越受到气象学界的重视。 本文对自动气象站进行了详细的分析和介绍,并对国内外的研究现状进行了深入的分析和探讨,列举了国内外应用比较广泛的一些自动气象站系列。同时,指出我国自动气象站存在系统开放程度不高、不同厂家兼容性差、扩展性差和主要元器件依赖进口等问题。根据我国自动气象站的发展现状,并结合我国的实际情况,提出利用STM32单片机和GPRS技术设计一种多要素自动气象站系统,以实现降低能耗、提高性能的目的。从主要功能和组成结构两方面分析了该系统软件的需求,并确定了嵌入式自动气象信息系统的硬件和软件设计方案。对其硬件系统和软件系统分别进行了详细设计,硬件系统主要是对其主控模块、气象要素采集模块、通讯模块、数据存储模块、人机交互模块等模块的硬件设施进行了选择和设计;依托硬件设计的结果,详细阐述了嵌入式软件的实现机制,并对其数据采集与处理模块、数据存储模块、人机交互模块和通信系统的软件进行了详细的设计和程序的编制。最终,完整的设计出了该嵌入式自动气象信息系统,并且该系统顺利的通过了对各项功能的测试。 通过本文的研究,克服了传统气象站信息采集系统的一些缺点,实现了信息采集、处理、传输的自动化,并大大提高了其实时性,而且具有体积小、能耗低、采集和处理速度快、成本低等优点,符合我国气象监测领域的未来发展方向,应用前景广阔。

目录

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摘要

1．1系统开发背景

1．2国内外研究现状

1．3解决的主要问题

1．4本文的主要工作

1．5论文的组织结构

第2章系统功能与方案设计

2．1自动气象站系统功能

2．2自动气象站组成结构

2．3自动气象站硬件方案设计

2．4软件设计方案

2．5本章小结

第3章系统硬件详细设计方案

3．1主控模块

3．2气象要素采集模块

3．3通讯模块

3．4数据存储模块

3．5人机交互模块

3．6本章小结

第4章嵌入式软件详细设计方案

4．1功能结构设计

4．2软件实现机制

4．3中断系统

4．4定时任务调度

4．5本章小结

第5章系统实现与测试

5．1数据采集与处理的实现

5．2数据存储的实现

5．3人机交互接口的实现

5．4通讯系统的实现

5．5测试内容和步骤

5．6测试结果

5．7本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢