智能气象站设计与制作文献综述

 2022-10-31 11:45:30

文献综述(或调研报告):

气象监测工作与人民的生产和生活密不可分。近些年来,随着国民经济的快速发展和社会的不断进步,人民对生活质量的要求越来越高,对气象信息获取的需求也与日俱增。小气候、为其向对各行各业和人民生产生活都产生了一定的影响。

我国幅员辽阔,是世界上气候变化比较大的地区之一,恶劣性和灾害性天气出现的频率也比较高,影响越来越广泛,造成的损失也呈现上升趋势[1]。因此,国家和人民对气象信息的获取,特别是对气象为防灾减灾服务的要求越来越高。

目前很多地区气象要素的测量大多依靠当地天气预报,然而天气预报地域范围较广,无法精确到小区域的气候测量。[2]

传统的人工值守观测记录仍然是获取气象信息不可或缺的手段,然而这种方法又有着先天的制约,例如环境的限制、时间的限制、可靠性以及稳定性等。已不能满足对气象监测的快速反应需求。随着计算机技术的飞速发展以及大规模集成电路的普及应用,自动化气象监测系统应运而生[3]。

自动化的气象监测系统是一种能自动进行地面气象观测、存储和发送观测数据,并能根据需要讲观测数据转换成气象电报和编制成气象表报的地面气象观测设备[4]。具有获取气象要素准确度高,实时性强、数据采集量大、数据安全可靠、监测的时间和空间密度较大等优势[5]。能够节省大量的人力、物力。很大程度上弥补了人工观测记录的不足。

先行研究:

文献[3]的作者设计了一种气象实时监测系统,系统的主要开发平台采用ARM9系列的S3C2410嵌入式开发板,并包含三个主要外围扩展功能模块:单片机W77E58为核心外接气象传感器的气象采集模块、GPS(Global Positioning System)定位授时模块和GPRS_PDU(General Packet Radio Service)无线传输模块。该系统基于模块化设计后,便于日常维护,并简化后期扩展升级。文献[2]的作者设计了一种便携式低功耗微型气象探测系统,该系统以低功耗ATmega16单片机作为核心控制部件,采用温湿度传感器、气压传感器以及光强度传感器,进行温度、湿度、气压和光照强度的测量。并通过12864液晶、时钟芯片和实现数据的显示、存储和查询。文献[6]的作者设计了一种以stm32f103微控制器为核心,使用数字温、湿、压传感器采集环境温湿度以及气压信息的监测系统。该系统通过对采集数据的实时处理,可连续对温度、湿度及气压进行观测,并在液晶屏上对观测数据进行实时显示。同时利用C#语言编写了上位机软件,实时接收系统传输的数据并进行数据处理、显示以及存储。文献[7]的作者设计了一种基于双控制器的气象监测系统,该系统主要由2个单片机AT89S52和Mega163以及一些传感器、显示键盘电路、通信部分和电源系统组成。Mega163有A/D接口,所以可以收集尽可能多的模拟量参数如:温度、风、湿度、大气压强等。而数据显示、人机界面和PC之间的数据传送由AT89S52来完成。这样可以使得系统更稳定,工作效率更高。文献[8]的作者提出了一种可实现的气象站,该气象站由TEMT600亮度传感器、SCP1000压力传感器以及使用SEN-08311 USB防浪板连接到ATmega328微控制器上的SHT15温湿度传感器组成,并且还包含GSM(Global System for Mobile Communication)模块。该气象站可以通过手机的SMS(短信)服务来控制。文献[9]的作者实现了一种使用TINI微控制器卡的低成本分布式监测系统,用来收集环境参数如温度、湿度以及风向。在数据通信中使用了TCP/IP协议,并且使用GUI(图形用户界面)来观察环境参数。文献[10]的作者设计了一种基于低成本微控制器的系统的原型用于农作物生长情况的连续自动监测,该原型使用了便宜的电子元件以及固态传感器。这个系统用来监测土壤水分、土壤温度、空气温度以及冠层温度在作物田当中的水平。文献[11]的作者实现了一个使用TxDOT环境系统的智能交通系统(ITS)。TxDOT环境系统包含了一些传感器,如道路水深、雨量计、风速、风向、温度、路面气流速度以及温湿度传感器。这些传感器的数据通过低频无线电被传送到当地的防洪机构,用来在恶劣的天气情况下提醒司机。文献[12]的作者实现了一种多层次便携式无线系统来监测森林火灾。当地的天气情况如相对湿度、风向、风速和温度都通过Mica2传感器节点来获取。一个网络摄像头被用来监测受森林火灾影响区域的实时影像。这些接收到的数据通过多跳技术被传送到基站。文献[13]的作者实现了用现场动态无线传感器监测系统来优化能源消耗与改善建筑物内用户的舒适度。该系统包括了用Zigbee(无线网络)设备来获取建筑物内的参数,如光强、温度、相对湿度、以及空气质量。此外,Zigbee设备还通过连接到传感器节点上的电流/安培表传感器来测量电池和建筑物的电力消耗。一款名为建筑物监测系统的软件工具通过已经建立好的无线传感器网络来接收传感器数据并更新数据库,而且可以通过该软件工具来进行控制、监测和汇报工作。

参考文献:

[1]孟昭辉,李庆军.自动气象站综述[J].气象水文海洋仪器,2009,26(4):54-56,59.DOI:10.3969/j.issn.1006-009X.2009.04.014.

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