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基于GPRS的多要素自动气象站的设计与实现

作　者: 刘兴丽
导　师: 陶新民；关兴民
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 自动气象站数据采集 GPRS无线通信组网
分类号: P415.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 203次
引　用: 6次
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内容摘要

我国是世界上气象灾害种类最多、活动最频繁、危害最严重的国家之一,气象灾害造成的损失约占各种自然灾害损失的70%以上。各种气象灾害影响粮食生产,甚至能够直接影响我国经济社会和生态环境的可持续发展。为了增强对全球气候变化和极端气候事件的监测能力,提高对气候变化的定量描述和预估水平,迫切需要开展性能好、精度高、长期稳定运行的气象监测站对气候系统进行长期连续观测。目前,我国的有线遥测自动气象站越来越多的应用到气象部门。但在条件艰苦的高山、沙漠、海岛等不适宜有人值守的地区,就需要大量采用自动采集、无线传输(GPRS、卫星通信)的自动气象站。随着无线通信技术的快速发展,尤其近年来GPRS技术、3G技术的广泛应用,使气象数据无线传输成为了可能。本课题就选择了以GPRS无线通信技术传输无人职守地区的自动气象站采集的气象数据。本文设计了一个基于GPRS的六要素自动气象站,并实现了气象要素采集的自动化和网络化。文中首先分析了气压、温度、风向、风速、湿度、降雨等要素传感器的性能和特点,介绍了拟开发采集器的工作原理和各类气象数据采样以及算法；详细介绍了气压、温度、风向、风速、湿度、降雨等信号的电路连接；最后介绍了自动气象站软件系统及气象数据的传输和组网。该课题从实际工作出发,结合气象部门的实际条件,分析各种气象传感器采集气象要素的原理,并通过设计的数据采集器进行数据采集和计算处理,同时利用GPRS无线传输方式将气象数据传输到数据处理中心。根据中国气象局的统一要求,以标准格式显示气象信息、处理气象数据,从而达到了自动气象站气象信息采集、传输和显示的自动化。由于该课题能够解决条件艰苦的无人值守地区气象数据采集、传输问题,为条件艰苦的高影响天气区解决了以往没有气象资料的实际困难,因此本课题具有很好的实用性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 引言  11-12
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  12-15
    1.2.1 国外行业现状  12-13
    1.2.2 国内行业现状  13-14
    1.2.3 气象采集技术的发展  14-15
  1.3 基于GPRS的自动气象站的设计要求和系统结构框图  15-17
    1.3.1 自动气象站的设计要求  15-16
    1.3.2 自动气象监测系统结构框图  16-17
  1.4 论文的研究内容及结构安排  17-18
第2章无人自动气象站用传感器原理及性能分析  18-36
  2.1 传感器基本概念  18-21
    2.1.1 传感器定义与组成  18-19
    2.1.2 传感器的静态特性  19-21
    2.1.3 传感器的动态特性  21
    2.1.4 传感器的对外接口及其它指标  21
  2.2 温度传感器原理及性能分析  21-25
    2.2.1 温度定义  21-22
    2.2.2 单位和温标  22
    2.2.3 气象对温度的要求  22-24
    2.2.4 温度测量原理  24-25
  2.3 湿度传感器原理及性能分析  25-27
    2.3.1 湿度定义  25
    2.3.2 湿度单位和标度  25-26
    2.3.3 气象要求  26
    2.3.4 电容湿度测量原理  26-27
  2.4 气压传感器原理及性能分析  27-29
    2.4.1 气压定义  27-28
    2.4.2 气压的单位和标尺  28
    2.4.3 气象要求  28-29
    2.4.4 工作原理  29
  2.5 风传感器原理及性能分析  29-33
    2.5.1 风的定义  29-30
    2.5.2 风的单位与标尺  30-31
    2.5.3 气象要求  31
    2.5.4 工作原理  31-33
  2.6 雨量传感器原理及性能分析  33-35
    2.6.1 雨量定义  33
    2.6.2 单位和标尺  33-34
    2.6.3 气象要求  34
    2.6.4 测量原理  34-35
  2.7 本章小结  35-36
第3章无人自动气象站的电路原理分析及设计  36-49
  3.1 数据采集器工作原理  36-38
    3.1.1 数据采集器构成  36-37
    3.1.2 数据采集器工作原理  37
    3.1.3 数据采集器采样和处理  37-38
  3.2 各部分的系统原理  38-41
    3.2.1 供电系统原理  38-39
    3.2.2 控制信号  39-40
    3.2.3 监控信号  40
    3.2.4 供电及控制原理图  40-41
  3.3 温度电路连接方式  41-43
    3.3.1 激励源  41
    3.3.2 温度信号采集  41-43
  3.4 湿度电路连接方式  43-44
  3.5 气压电路连接方式  44-46
    3.5.1 电路连接  44-45
    3.5.2 接地  45-46
  3.6 风电路连接方式  46-47
  3.7 雨量电路连接方式  47
  3.8 本章小结  47-49
第4章自动气象站软件系统  49-58
  4.1 采集软件  49-55
    4.1.1 采集软件的结构和基本功能  49-52
    4.1.2 采集软件流程图  52-55
  4.2 业务软件  55-56
  4.3 数据质量控制  56-57
  4.4 系统运行监控  57
  4.5 本章小结  57-58
第5章数据传输及组网  58-64
  5.1 GPRS协议介绍  58-59
  5.2 GPRS协议的优点  59
  5.3 系统的构成与网络结构设计  59-61
    5.3.1 系统的网络结构设计  60
    5.3.2 系统的硬件组成  60-61
  5.4 数据传输流程  61
  5.5 组网系统功能  61-63
  5.6 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  68-69
致谢  69-70
个人简历  70-71
附录A  71-72
附录B  72

基于GPRS的多要素自动气象站的设计与实现

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