气象数据采集无线传输节点设计与实现

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气象数据采集无线传输节点设计与实现从钰成东南大学
自古以来天气与人们的生活息息相关,随着科技的快速发展,自动气象站的出现极大地帮助了人们的数据采集工作,增强了人们对气象的感知能力。然而,目前的自动气象站较多使用RS-485或CAN总线的有线传输方式,对于无线传输方式的研究较少,本文将结合无线通信模块和云技术实现气象数据的无线传输功能以及设备的远程在线升级功能。本文在嵌入式技术的基础上,设计了一套使用无线通信技术以及MEMS传感器的气象数据采集与传输系统。硬件部分以STM32F407芯片为核心,设计了接口电路、时钟电路和存储电路等,采用了风速风向传感器、温湿度传感器、气压传感器和摄像头模块采集相应气象要素,应用4G模块实现大量数据无线传输,并预留额外接口用于之后的设备功能升级。软件部分是对硬件功能的支持和扩展,本文中设计了传感器的驱动程序、数据传输格式、云终端的多线程数据接收程序、IAP远程升级程序等软件程序。其中,驱动程序基于各类协议实现,如IIC协议、SCCB协议、AT指令集等,数据传输格式则模仿了MODBUS协议,增添了节点编号、时间信息和CRC校验等,多线程数据接收程序则是在云平台调用SOCKET接口和pthead库编程实现,远程升级功能则基于在应用编程IAP技术和无线传输完成。最后对整个系统进行测试,测得图片上传准确率可达80%,通过升级指令可以实现IAP远程升级,且升级时间不超过5分钟,满足设计要求。本课题研发的气象数据采集和传输系统相比于传统气象站测量仪器昂贵、铺设困难、无法灵活应对各类气候等缺点,有着体积小安装方便、成本低廉、升级简单等优点,更加适合气候多变的偏远地区。