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分布式太阳能自动气象监测系统研究及其应用

作　者: 闫永巍
导　师: 王伟杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 气象监测 GPRS 串口视频摄像覆冰预报 BP神经网络
分类号: P415.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 73次
引　用: 1次
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内容摘要

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,人们越来越关注自身的生存环境和周围天气条件;在偏僻的原始森林或人迹罕至的雪域高原,传统的气象监测系统存在着布线困难、远距离数据传输不准确和费用昂贵等问题。相比之下,基于GPRS的分布式太阳能自动气象监测系统能够很好地解决这些问题,该系统通信稳定、数据可靠。本文对自动气象监测系统的理论和实践进行了研究,研制出气象监测系统样机;本文主要研究了四个方面内容:监测系统总体方案的确定,终端硬件的设计与实现,监控中心应用软件的开发以及该系统在电力线覆冰监测方面的应用研究。首先根据实际需求,提出监测系统数据采集性能指标,分析了GPRS特点和四种常用的组网方案,并确定气象监测系统总体研究方案。其次设计了风速风向变送器电路和振动式防盗报警电路,开发了图像采集系统,对串口视频摄像头的选用原则和通信协议进行研究,图像采集系统运行正常。针对气象监测地点不确定的特点,提出了GPRS无线通信与太阳能供电技术相结合的解决方案。然后论述了系统软件的功能要求和性能要求,实现了对于气象数据实时显示、动画同步显示、历史数据查询和报警记录等功能;并能对天气异常情况发出预报,完成了图像采集系统的软件设计,并实现远程串口视频监测。最后将本系统应用于电力系统电力线的覆冰监测中,对覆冰的基本概念和危害进行了阐述,设计了气象传感器与智能采集模块的接口及GPRS模块与上位机的通讯系统,接着提出了基于BP神经网络的覆冰预报算法,分析了南方电网覆冰监测实例,验证了覆冰预报算法的准确性。经实际运行表明,本系统可以满足自动气象监测的需求,而且在电力系统覆冰监测方面体现出较好的性能,具有广阔的应用前景,它的应用和推广具有很好的社会与经济效益。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题的来源  10
  1.2 课题的研究目的和意义  10-11
  1.3 国内外自动气象监测系统的发展现状  11-16
    1.3.1 国外发展现状  11-12
    1.3.2 国内发展现状  12-15
    1.3.3 国内和国外发展现状的分析  15-16
  1.4 本系统研究所面临的问题  16-17
  1.5 主要研究内容  17-18
第2章系统整体架构和GPRS组网方案  18-25
  2.1 引言  18
  2.2 自动气象站数据采集性能指标  18
  2.3 系统总体方案的研究  18-20
  2.4 GPRS概述及其业务特点  20-22
    2.4.1 GPRS概述  20
    2.4.2 GPRS业务的优点  20-21
    2.4.3 GPRS网络的特点  21-22
  2.5 系统组网方案拟定  22-24
    2.5.1 GPRS基本组网方案  22-23
    2.5.2 系统组网方案的确定  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章终端硬件系统的设计与实现  25-40
  3.1 引言  25
  3.2 终端功能模块  25-28
    3.2.1 气象传感器  25-27
    3.2.2 通用模拟量智能采集模块  27-28
    3.2.3 GPRS无线通信模块  28
  3.3 主要硬件电路的设计  28-31
    3.3.1 4～20m A风速风向变送器电路的设计  28-30
    3.3.2 振动式防盗报警电路的设计  30-31
  3.4 图像采集系统的设计  31-36
    3.4.1 串口视频数码摄像头的选择  31-32
    3.4.2 串行通信  32-33
    3.4.3 串口视频摄像头的工作过程  33-34
    3.4.4 帧头和帧尾的处理  34-35
    3.4.5 串口视频摄像头的通信协议  35-36
  3.5 太阳能供电系统的设计  36-39
    3.5.1 蓄电池容量的计算  37
    3.5.2 太阳电池板的选择  37-38
    3.5.3 太阳能控制器的选择  38-39
    3.5.4 蓄电池的防寒措施  39
  3.6 本章小结  39-40
第4章自动气象监测系统应用软件的开发  40-56
  4.1 引言  40
  4.2 系统软件的功能要求  40-43
    4.2.1 系统管理功能  40-41
    4.2.2 系统设置功能  41
    4.2.3 系统摄像功能  41-42
    4.2.4 查询功能  42
    4.2.5 维护功能  42-43
  4.3 系统软件的性能要求  43
  4.4 应用软件的开发过程  43-46
    4.4.1 监控系统应用软件结构  43-44
    4.4.2 按钮宏指令  44-45
    4.4.3 软件绘图功能的实现  45-46
  4.5 天气异常情况的报警  46-47
  4.6 无线通信模块功能的实现  47-50
    4.6.1 MD-609G模块的配置  47-48
    4.6.2 mServer  48-50
    4.6.3 虚拟串口Vircom  50
  4.7 串口视频摄像功能的实现  50-53
    4.7.1 摄像功能的软件实现  50-51
    4.7.2 图像实例分析  51-53
  4.8 监控系统应用软件部分界面  53-55
  4.9 本章小结  55-56
第5章自动气象监测系统在电力线覆冰监测方面的应用研究  56-65
  5.1 引言  56
  5.2 线路覆冰的基本概念  56-58
    5.2.1 覆冰的定义  56-57
    5.2.2 覆冰的形成条件  57
    5.2.3 覆冰的危害  57-58
  5.3 电力线覆冰监测预报算法的研究  58-60
    5.3.1 覆冰监测工作原理  58-59
    5.3.2 基于BP神经网络的覆冰预报算法  59-60
  5.4 基于BP神经网络的覆冰监测实例分析  60-64
    5.4.1 覆冰监测实验数据  60-62
    5.4.2 基于BP神经网络覆冰预报的实现  62-63
    5.4.3 实验结果分析  63-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
附录1 覆冰预报算法的训练和仿真程序  70-72
攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-74
致谢  74

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