通過無線電氣象參數(shù)可以獲得影響無線電波變化的氣象參數(shù)變化規(guī)律.為研究各種氣象變化對無線電波的影響,對無線電氣象參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與管理,提出了一種基于LoRa的無線電氣象參數(shù)集成監(jiān)測系統(tǒng).系統(tǒng)以LoRa技術(shù)為核心進(jìn)行自組網(wǎng)設(shè)計(jì),采用北斗短報(bào)文技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信.氣象監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采用低功耗的STM32微處理器,通過移植uCOS-III實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)多傳感器集成模塊的多任務(wù)調(diào)度,遠(yuǎn)程終端采用Qt設(shè)計(jì)了配套的上位機(jī)軟件進(jìn)行無線電氣象參數(shù)實(shí)時(shí)處理分析.實(shí)測結(jié)果表明,在通信距離小于2 km時(shí),LoRa數(shù)據(jù)傳輸丟包率小于10%,上位機(jī)軟件可準(zhǔn)確顯示并存儲無線電氣象數(shù)據(jù).系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、集成度高、組網(wǎng)便捷、通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境中無線電氣象參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程管理,這為氣象學(xué)研究提供了有效的無線電氣象參數(shù)數(shù)據(jù). 

【文章來源】：電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2020,35(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

匯聚節(jié)點(diǎn)硬件框圖

氣象監(jiān)測節(jié)點(diǎn)ARM微處理器移植了uCOS-III實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),該操作系統(tǒng)以任務(wù)調(diào)度機(jī)制為核心,實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)在uCOS-III系統(tǒng)上并執(zhí)行[13]. 軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示,系統(tǒng)首先調(diào)用初始化函數(shù)初始化操作系統(tǒng),創(chuàng)建空閑任務(wù),然后進(jìn)行各個(gè)模塊初始化和硬件資源初始化. 通過OSTaskCreate()函數(shù)創(chuàng)建多傳感器的采集命令任務(wù),最后執(zhí)行OSStart,進(jìn)行任務(wù)調(diào)度.氣象監(jiān)測節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)分為多傳感器采集端軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)發(fā)送軟件端設(shè)計(jì). 多傳感器采集端進(jìn)行實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)的采集,其中光照強(qiáng)度傳感器和大氣壓強(qiáng)傳感器通過IIC總線與主控方通信,本系統(tǒng)中使用通用輸入/輸出口(general purpose input output, GPIO)模擬IIC總線,實(shí)現(xiàn)雙向傳輸. 風(fēng)向風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器和太陽總輻射傳感器采用RS485+ModBus協(xié)議與主控方通信,系統(tǒng)采用一主多從模式進(jìn)行通信,每個(gè)從機(jī)都有自己的設(shè)備地址,ModBus-RTU報(bào)文數(shù)據(jù)格式為:地址域+功能碼+數(shù)據(jù)+差錯(cuò)校驗(yàn),其中差錯(cuò)校驗(yàn)采用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(cyclic redundancy check, CRC),格式如表1所示.

遠(yuǎn)程終端軟件采用無線電氣象參數(shù)監(jiān)測集成的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì),上位機(jī)軟件采用Qt跨平臺開發(fā)庫設(shè)計(jì)[14],對匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送氣象數(shù)據(jù)的接收處理、分析和存儲以及可視化顯示. 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),上位機(jī)軟件包括注冊登錄、端口連接、傳感器狀態(tài)監(jiān)測、監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)測數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線繪制和數(shù)據(jù)存儲記錄等功能,上位機(jī)軟件構(gòu)架如圖5所示.Qt在消息處理方面使用的機(jī)制是信號與槽,用Qt中內(nèi)嵌繪圖工具QCustomPlot創(chuàng)建customPlOt,將各個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)繪制成曲線并顯示. 端口連接包括端口的波特率、奇偶校驗(yàn)和停止位屬性設(shè)置等. 在數(shù)據(jù)處理分析中,濕項(xiàng)采用氣象監(jiān)測節(jié)點(diǎn)測得的溫度、濕度、氣壓值,無線電折射率采用國際電聯(lián)無線電通信部門建議書給出的無線電折射率公式[15-16]. 其軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種用于LoRa可穿戴設(shè)備的小型化雙頻段天線[J]. 禹忠,晁美靜,秦婷,張高記,沈曜旭.  電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2019(05)
[2]基于Qt的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 李超,程小勁.  計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展. 2019(04)
[3]大氣折射對我國近地面無線電視距的影響分析[J]. 胡冉冉,趙振維,孫樹計(jì),林樂科.  電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2018(01)
[4]基于氣象探空數(shù)據(jù)計(jì)算的大氣折射率誤差分析[J]. 程顯海,張玉生.  電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2014(05)
[5]氣象探測中的無線電技術(shù)應(yīng)用[J]. 陳浩君,王勤典.  上海信息化. 2013(11)
[6]基于uCOS-II的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析[J]. 劉淼,王田苗,魏洪興,陳友東.  計(jì)算機(jī)工程. 2006(22)
[7]無線電氣象學(xué)研究概述[J]. 仇盛柏.  電波與天線. 1997(03)

碩士論文
[1]基于ZigBee的氣象監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 解維志.北京工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3137638