一种基于arm11的低功耗自动气象站的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ARM11的低功耗自动气象站，其特征在于，包括处理器，分别与处理器相连的气象要素传感器模块、GPRS模块、存储模块和电源模块，所述处理器还通过GPS控制电路与GPS模块相连。本实用新型的气象站在GPS与电源之间设置GPS控制电路，在GPS无需工作时，关闭GPS电源，待下次需要时再开启GPS电源，大大降低自动气象站的整体功耗。同时，采用风光互补发电模块，实现全天候的发电，为气象站提供充足的电能，使整个气象站在完成气象数据采集、处理和传输等功能的同时，具有功耗低的优势，符合节能环保的新理念，具有良好的应用前景。
【专利说明】
一种基于ARM11的低功耗自动气象站
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种基于ARMl I的低功耗自动气象站，属于气象监测技术领域。
【背景技术】
[0002]自动气象站是一种能自动进行地面气象观测、存储和发送观测数据，并能根据需要将观测数据转换成气象电报和编制成气象报表的地面气象观测设备。国家气象局对自动气象站功耗有明确要求，自动气象站稳定运行时，总功耗必须< 2.0W，且要保证自动气象站在脱离辅助电源的条件下至少连续工作7天，所以，降低自动气象站功耗显得非常重要，尤其在沙漠、偏远等条件较差的地区。
[0003]GPS模块是气象站获取海拔、经玮度以及实时时间数据常用的设备，也是功耗较大的一个模块。GPS模块在气象站工作过程中并非需要一直工作，而是仅仅在获取该地区经玮度、海拔以及校时时才会使用。传统的气象站对于GPS模块打开或关闭仅仅依靠软件操作，即控制处理器外部端口是否读取GPS数据，而并非从根本上关闭GPS供电电源。所以，GPS仍然处于工作状态，浪费了电能，增加了自动气象站整体功耗。
[0004]与此同时，目前，山区、沙漠等地区自动气象站大多使用单一的太阳能电池板供电，在夜间以及遇到连续的阴雨天气时，由于光照条件差，太阳能电池板无法持续为蓄电池蓄电。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于ARMll的低功耗自动气象站，能够显著降低自动气象站的功耗，而且通过风光互补发电技术，实现了全天候的发电，提高了资源的利用率。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，包括处理器，分别与处理器相连的气象要素传感器模块、GPRS模块、存储模块和电源模块，所述处理器还通过GPS控制电路与GPS模块相连；
[0007]所述GPS控制电路包括三极管，所述三极管的基极通过第一电阻与处理器相连，集电极通过第三电阻与电源模块的电源输出端相连，发射极通过第四电阻接地，GPS模块的电源输入端连接在三极管的集电极与第三电阻之间，所述三极管的基极还通过第二电阻接地。
[0008]前述的一种基于ARMlI的低功耗自动气象站，其特征在于，所述电源模块包括太阳能电池板、风力发电设备、风光互补发电控制电路和蓄电池，所述蓄电池的输入端通过风光互补发电控制器连接太阳能电池板和风力发电设备，所述蓄电池输出端作为电源模块的电源输出端。
[0009]前述的一种基于ARMlI的低功耗自动气象站，其特征在于，所述存储模块包括CF存储卡和SD存储卡，所述CF存储卡通过RS232串口电路与处理器相连，所述SD存储卡SPI接口与处理器相连。
[0010]前述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，所述气象要素传感器模块包括分别通过接口与处理器相连的温湿度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器。
[0011 ]前述的一种基于ARMl I的低功耗自动气象站，其特征在于，所述处理器还连接有复位电路和时钟电路。
[0012]前述的一种基于ARMlI的低功耗自动气象站，其特征在于，所述处理器为ARMl I处理器，型号为ARM11_S3C6410;所述GPRS模块采用型号为WG-8010-232的无线GPRS模块制成；所述温湿度传感器型号为HMP155;所述气压传感器型号为DYC1、风速传感器型号为EL15-1、风向传感器型号为ZQZ-TF、雨量传感器型号为SL3-1。
[0013]本实用新型所达到的有益效果:
[0014](I)在处理器、GPS模块之间设置GPS控制电路，在不需要GPS工作时，彻底关闭GPS电源，需要GPS工作时，重新打开GPS电源，极大的降低了自动气象站的功耗，节省了能源；
[0015](2)采用风电互补技术为自动气象站供电，夜间和阴雨天日照不足时由风能发电，晴天日照条件好时由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，提高了资源的利用率，比单用风机或太阳能更经济、科学、实用；
[0016](3)同时支持SD卡存储数据和支持CF卡存储数据，采用双卡存储避免了单个存储卡因故障导致气象数据的丢失；
[0017](4)其他模块也均使用高性能、低功耗器件实现，使整个气象站在完成气象数据采集、处理和传输等功能的同时，具有功耗低的优势。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的基于ARMll的低功耗自动气象站的结构示意图。
[0019]图2是本实用新型的基于ARMll的低功耗自动气象站的GPS控制电路的电路图。
[0020]图3是本实用新型的基于ARMll的低功耗自动气象站的电源模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0022]如图1所述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，包括处理器和分别与处理器相连的温湿度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、GPRS模块、CF存储卡、SD存储卡、复位电路、时钟电路和电源模块，所述处理器还通过GPS控制电路与GPS模块相连。
[0023]如图2所示，GPS控制电路包括NPN型三极管Ql，三极管Ql的基极通过第一电阻Rl与处理器的GPBO相连，集电极通过第三电阻R3与电源模块的电源输出端相连，发射极通过第四电阻R4接地，GPS模块的电源输入端连接在三极管QI的集电极与第三电阻R3之间，三极管Ql的基极还通过起保护作用的第二电阻R2接地，因为三极管Ql截止时，处于高阻态，基极和发射极难免会有漏电流通过，R2可以有效地减小漏电流和干扰信号，提高电路可靠性。GPS的数据发送端R和接收端T分别与ARMll的DATAl和DATA2相连，作为数据传输的通道。当需要获取GPS的数据时，ARMl I通过GPBO端口输出低电平，三极管Ql截止，GPS模块VCC端为高电平，GPS正常工作。当不需要获取GPS的数据时，ARMl I通过GPBO端口输出高电平，三极管Ql导通，GPS模块VCC端为低电平，GPS电源断开。
[0024]如图3所示，电源模块包括太阳能电池板、风力发电设备、风光互补发电控制电路和蓄电池，蓄电池的输入端通过风光互补发电控制器连接太阳能电池板和风力发电设备，蓄电池输出端作为电源模块的电源输出端。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下太阳能电池板和风力发电设备同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，持续为蓄电池充电，保证为自动气象站系统提供充足的电能。
[0025]气象站的各模块均采用低功耗器件实现，处理器为ARMll处理器，型号为ARM11_S3C6410； GPRS模块采用型号为WG-8010-232的无线GPRS模块制成，并通过RS232串口与处理器相连;温湿度传感器型号为HMP155，温度和湿度单独输出，均输出模拟差分电压信号，与24位高精度、低功耗的A/D转换芯片LMP90100MH相连接，LMP90100MH通过SPI方式与处理器相连；所述气压传感器型号为DYCl，通过RS485接口与处理器相连；风速传感器型号为EL15-1、雨量传感器型号为SL3-1，都直接连接在处理器的计数器上；风向传感器型号为ZQZ-TF输出7位的格雷码，可直接接在处理器引脚上;CF存储卡通过RS232串口电路与处理器相连，SD存储卡SPI接口与处理器相连。
[0026]GPS是气象站中功耗较大的一个外部器件，其功耗约占总功耗的1/4，但GPS不会一直用到，只有获取海拔、经玮度和校时才会用到。本实用新型正是针对GPS无需连续工作这一特点，在GPS与电源之间设置GPS控制电路，在GPS无需工作时，关闭GPS电源，待下次需要时再开启GPS电源，大大降低自动气象站的整体功耗。同时，气象站米用风光互补发电模块，实现全天候的发电，为气象站提供充足的电能，符合节能环保的新理念，具有良好的应用前景。
[0027]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于ARMl I的低功耗自动气象站，其特征在于，包括处理器，分别与处理器相连的气象要素传感器模块、GPRS模块、存储模块和电源模块，所述处理器还通过GPS控制电路与GPS模块相连； 所述GPS控制电路包括三极管，所述三极管的基极通过第一电阻与处理器相连，集电极通过第三电阻与电源模块的电源输出端相连，发射极通过第四电阻接地，GPS模块的电源输入端连接在三极管的集电极与第三电阻之间，所述三极管的基极还通过第二电阻接地。2.根据权利要求1所述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，所述电源模块包括太阳能电池板、风力发电设备、风光互补发电控制电路和蓄电池，所述蓄电池的输入端通过风光互补发电控制器连接太阳能电池板和风力发电设备，所述蓄电池输出端作为电源模块的电源输出端。3.根据权利要求1所述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，所述存储模块包括CF存储卡和SD存储卡，所述CF存储卡通过RS232串口电路与处理器相连，所述SD存储卡SPI接口与处理器相连。4.根据权利要求1所述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，所述气象要素传感器模块包括分别通过接口与处理器相连的温湿度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器。5.根据权利要求1所述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，所述处理器还连接有复位电路和时钟电路。6.根据权利要求4所述的一种基于ARMll的低功耗自动气象站，其特征在于，所述处理器为ARMl I处理器，型号为ARMl 1_S3C6410;所述GPRS模块采用型号为WG-8010-232的无线GPRS模块制成;所述温湿度传感器型号为HMP155;所述气压传感器型号为DYCl、风速传感器型号为EL15-1、风向传感器型号为ZQZ-TF、雨量传感器型号为SL3-1。
【文档编号】G01W1/02GK205484867SQ201620083657
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】叶小岭, 程恩路, 郝曼, 张卫国
【申请人】南京信息工程大学