一种基于树莓派的气象数据收集及预报装置的制作方法

本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种基于树莓派的气象数据收集及预报装置。

背景技术：

传统的小型气象站广泛应用于气象、农业，检测气象变化对农作物的影响，科学管理农田种植，小型气象站是农业局、中科院、土肥站、高等院校专用的设备，适合标准良田、节水灌溉项目等。采集气象要素并通过配套的数据采集通讯线与计算机进行连接，将数据传输到气象计算机气象数据库中，用于统计分析和处理。这类专用的小型气象站往往价格不菲，而且数据处理必须使用计算机，配套的专业软件授权费用也较高，整体方案的成本相当高。另外还有一些小型气象站提供基本的气象数据采集和显示功能，提供给有一定需求的个人用户，但只有基本的功能，无法进行气象数据的分析。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提供一种基于树莓派的气象数据收集及预报装置。

本发明所采用的技术方案如下：一种基于树莓派的气象数据收集及预报装置，包括一个数据处理节点和至少一个数据采集节点，数据采集节点通过无线与数据处理节点相连；其中数据采集节点包括蓝牙低功耗soc模块及均与蓝牙低功耗soc模块相连的gps模块、电源模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块和风力传感器模块；所述数据处理节点为树莓派单元。

进一步的，所述gps模块提供采集节点的地理位置信息。

进一步的，所述蓝牙低功耗soc模块和树莓派单元之间采用蓝牙低功耗(ble)协议进行通信。

进一步的，所述温湿度传感器模块能实时监测环境温湿度，并输出信号给蓝牙低功耗soc模块。

进一步的，所述气压传感器模块能实时监测环境气压大小，并输出信号给蓝牙低功耗soc模块。

进一步的，所述风力传感器模块能实时检测风向和风力大小，并输出信号给蓝牙低功耗soc模块。

进一步的，所述蓝牙低功耗soc模块采用nrf51822芯片。

本发明的有益效果如下：本发明所述的基于树莓派的气象数据收集及预报装置，由于采用了树莓派替换个人计算机作为处理单元，降低了成本，而且树莓派和其他微型计算机相比，有着更丰富的软件环境和较强的数据分析能力，无论是从易用性、可扩展性、性能方面都更加强，易于进行个性定制。

附图说明

图1是数据采集节点的组成部分和通信示意图；

图2是数据处理节点的组成部分和通信示意图；

图3是多个数据采集节点和数据处理节点组成的星型网络示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种基于树莓派的气象数据收集及预报装置，包括一个数据处理节点和至少一个数据采集节点，数据采集节点通过无线与数据处理节点相连；其中数据采集节点包括蓝牙低功耗soc模块及均与蓝牙低功耗soc模块相连的gps模块、电源模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块和风力传感器模块；所述数据处理节点为树莓派单元。

所述电源模块采用5v碱性电池，但不限于此。

所述gps模块(1)提供采集节点的地理位置信息，所述gps模块优先采用neo-m8n模块，采用uart串口通信方式，但不限于此。

所述蓝牙低功耗soc模块和树莓派单元之间采用蓝牙低功耗(ble)协议进行通信。

所述温湿度传感器模块能实时监测环境温湿度，并输出信号给蓝牙低功耗soc模块；所述温湿度传感器模块优先采用sht11温湿度传感器，其电源采用纽扣电池供电，包括一个电阻式感元件和一个ntc测温元件，一次传送40位数据，高位先出，其与所述蓝牙低功耗soc模块利用二线串行数字接口进行通信，data数据线外接上拉电阻，电源和地之间加100nf去耦电容；时钟线sck用于和soc和sht11之间通信同步。

所述气压传感器模块能实时监测环境气压大小，并输出信号给蓝牙低功耗soc模块。所述气压传感器模块优先采用bosch公司的smp280压力传感器，绝对精度可以达到0.2pa，耗电极低，采用8-pin封装，可以通过i2c和spi总线传送数据。

所述风力传感器模块能实时检测风向和风力大小，并输出信号给蓝牙低功耗soc模块。所述风力传感器模块优先采用微型磁传感器式风速计，将空气流速转换为电信号，具有供电电压低的特点。

所述蓝牙低功耗soc模块片内支持ble协议的2.4ghz的射频收发器，软件可编程输出功率，具有adc、spi、uart部分。所述蓝牙低功耗soc模块优先采用nrf51822芯片，具有低功耗内核，集成度高，体积小等优势。如附图1所示，通过uart串口与gps模块通信；通过二线串行数字接口和温湿度传感器模块进行通信；通过spi总线和气压传感器模块进行通信；通过adc模块采集风力传感器输出的模拟电信号进行通信。通过支持蓝牙低功耗(ble)的2.4ghz射频收发器与树莓派处理单元通信。

如附图2，所述树莓派单元接收到数据后，用于天气预报的算法采用朴素贝叶斯的分类算法，具体如将天气分为晴、多云、阴、雨等，分别用w1,w2,w3,w4表示；将湿度分为1,2,3级表示为h1,h2,h3；将温度分为1,2,3级表示为t1,t2,t3；将气压分为1,2,3级表示为p1,p2,p3。根据朴素贝叶斯的统计理论，将收集到的温度、湿度、气压、风力作为影响天气的因素，并假定它们是互不相关的，根据先验结果进行分类，从而达到预测天气。所述树莓派单元可采用搭建smtp(简单邮件传输协议)服务器的方式，通过以太网或无线网络将数据和预测结果定时通过邮件发送给用户指定的邮箱。

如附图3，多个数据采集节点可以和数据处理节点组成星型网络。以数据处理节点为中心，可通过蓝牙低功耗协议与每一个数据采集节点进行并行的信息传输。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于树莓派的气象数据收集及预报装置，本发明属于物联网技术领域，包括一个数据处理节点和至少一个数据采集节点，数据采集节点通过无线与数据处理节点相连；其中数据采集节点包括蓝牙低功耗SoC模块及均与蓝牙低功耗SoC模块相连的GPS模块、电源模块、温湿度传感器模块、气压传感器模块和风力传感器模块；所述数据处理节点为树莓派单元。本发明具有成本低，数据分析能力强，可扩展性高等优点。

技术研发人员：郑济元
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2017.03.22
技术公布日：2017.07.25