基于STM32的便携式自动气象站的制作方法

本实用新型属于自动气象站领域，具体为基于STM32的便携式自动气象站。

背景技术：

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表报的地面气象观测设备。地面气象观测是综合气象观测的重要组成部分，是我国各级气象观测站所承担的主要任务之一，自动气象站则是地面观测的重要手段，它在气象预警、防灾减灾中发挥着不可替代的作用。我国气象灾害损失呈逐年上升的趋势，迫切需要加强预警预测能力建设，其中，自动气象站作为基础设施，是气象信息的重要来源，在气象数据收集、防灾减灾等领域发挥着不可替代的作用。随着各行业的兴起，自动气象站应用也越来越广泛，包括：气象、防灾减灾、交通、水文、农业、森林火灾、电力、海洋等行业和领域。

将电子器件及其产品的廉价化、微型化以及便携式是一种发展趋势，对于和我们生活密切相关的自动气象站更是如此,气象要素感应元器件的微型化和廉价化，以及在智能终端（手机）、可穿戴设备和公共设施上的搭载，有可能在不远的将来实现基本气象要素获取的全民参与。

技术实现要素：

本实用新型提供基于STM32的便携式自动气象站，其将气象要素感应元器件的微型化和廉价化，能实现将自动气象站结合于智能终端（手机）、可穿戴设备和公共设施上的搭载。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的具体技术方案为，基于STM32的便携式自动气象站，包括上位机、手机与气象站数据采集器；气象站数据采集器中设有STM32处理器，以及通过通信接口分别与STM32处理器连接的气象传感器和GPS模块；气象传感器用于采集气象要素信息，气象要素包括温度、湿度、雨量、气压、风速、风向与光照强度以及PM2.5；GPS模块用于获取实时时间、经纬度以及海拔参数信息；STM32处理器分别接收气象传感器和GPS模块采集的信息；上位机、手机分别连接于STM32处理器，并接收STM32处理器的发出的采集数据信息。

作为本实用新型改进的技术方案，气象传感器为温度传感器、湿度传感器、翻斗式雨量传感器、气压传感器、风速风向传感器、光照强度传感器、PM2.5传感器中的一种或多种。

作为本实用新型改进的技术方案，还包括TF存储卡，TF存储卡连接于STM32处理器。

作为本实用新型改进的技术方案，手机通过GPRS/GSM模块连接于STM32处理器。

作为本实用新型改进的技术方案，GPRS/GSM模块有多个，每个GPRS/GSM模块均配置有一个IP地址。

作为本实用新型改进的技术方案，气象站数据采集器上还设有串口，STM32处理器通过串口连接于网络。

有益效果

1.本便携式气象站具有的微型化和廉价化的特点，成功实现了在智能终端上的搭载，为实现基本气象要素获取的全民参与提供了更大的可能。

2.本系统选用多种通信方式，包括GPRS/GSM以及串口等，控制器将采集处理和质量控制后的数据包通过GPRS发送到手机端服务器，可实现多点分布式的数据采集，并与上位机进行通信及气象数据的显示和存储,方便了用户对气象数据信息及时、准确的获取。

3.数据采集的标准化和规范化且质量控制效果明显，提高了气象要素数据的准确性。本设计的数据采集和质量控制严格按照中国气象局标准，实现了对气象数据采集和处理的标准化和规范化。

4.本便携式气象站读取GPS模块协议码并导入百度地图解码，可对气象站进行直观、准确的定位。

附图说明

图1是便携式自动气象站原理框图；

图2是系统运行总体流程图；

图3是便携式自动气象站质量控制流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

基于STM32的便携式自动气象站，包括上位机、手机与气象站数据采集器；气象站数据采集器中设有STM32处理器，以及通过通信接口分别与STM32处理器连接的气象传感器和GPS模块；气象传感器为温度传感器、湿度传感器、翻斗式雨量传感器、气压传感器、风速风向传感器、光照强度传感器、PM2.5传感器中的一种或多种，用于采集气象要素信息，气象要素包括温度、湿度、雨量、气压、风速、风向、光照强度与PM2.5；GPS模块用于获取实时时间、经纬度以及海拔参数信息；PM2.5传感器用于采集空气中的PM2.5信息；STM32处理器分别接收气象传感器、GPS模块采集的信息；手机分别通过GPRS/GSM模块连接于STM32处理器，并接收STM32处理器的发出的信息；还包括TF存储卡，TF存储卡连接于STM32处理器，用于存储STM32处理器处理后的信息。GPRS/GSM模块有多个，每个GPRS/GSM模块均配置有一个IP地址。STM32处理器能通过设于气象站数据采集器上的串口连接于网络。

本实施例中风速传感器，型号：HS-FS01，厂商：北京化控兴业科技发展有限公司；风向传感器，型号：HS-FX01厂商：北京化控兴业科技发展有限公司；气压传感器，型号：PTB210A1厂商：VAISALA；翻斗式雨量传感器，型号：WXL，厂商：北京无线联科技有限公司；温湿度一体传感器，型号：HMP155，厂商：VAISALA；光照强度传感器，型号：BH1750FVI，厂商：TELESKY；PM2.5传感器，型号：GP2Y1014AU，厂商：SHARP；GPS模块，型号：MBCU-M3339，厂商：sanyuan；STM32处理器，型号STM32，厂家STM；GSM/GPRS模块，型号：SIM900A 厂家：深圳普众通信。

图1所示，为气象要素采集原理框图，主要包括STM32处理器，GPS模块、TF存储卡、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器、翻斗式雨量传感器、光照强度传感器、PM2.5传感器、GSM/GPRS模块以及上位机。服务器和手机通过GSM/GPRS模块与主控芯片STM32处理器相连接，其余模块均通过各种接口与处理器相连。

如图2所示，为本实用新型工作流程图，系统上电后，STM32处理器进行初始化配置，包括时钟、通讯端口、定时器、ADC等，初始化完成后，通过GPS模块获取实时时间，经纬度，海拔参数，对常见气象要素包括温度、湿度、气压、风速、风向、雨量、光照和PM2.5进行采集,处理和质量控制。本气象数据的采集严格按照中国气象局标准，每0.25s采集一次风速，每1s采集一次风向，每2s采集一次温度、湿度和压力，每1min采集一次雨量、光照强度和PM2.5，然后将所采集的八要素气象数据与实时时间、海拔、经纬度进行打包，系统对所采集的气象数据进行解析，按照顺序依次检查、加标识位并计算气象要素的瞬时值、算术平均值、极值与滑动平均值，然后对计算出的数值再次进行质量检查，检查完成后将数据重新写入数据包。STM32处理器将数据包存储至TF存储卡，并通过GPRS/GSM模块发送到手机端服务器，并与上位机进行通信及气象数据的显示和存储,方便了用户对气象数据信息及时准确的获取。此外，系统可以直接读取GPS模块协议码并导入百度地图解码，可对气象站进行直观、准确的定位。

如图3所示便携式气象站数据质量控制流程，便携式气象站八要素采集结束后要进行数据的处理，即质量控制。首先，系统将1分钟内采集的数据包按不同的气象要素分类进行解析，按照顺序依次检查并加标识位。标识主要包含8类，“0”表示数据正确，“1”表示数据可疑，“2”表示数据错误，“3”表示数据不一致，“4”表示可疑，但是经过其它检查通过检查。“8”表示数据缺失，“N”表示无传感器，“9”表示未经过检查。经过数据检查后根据国家气象局采样频率及数值要求进行处理，以风速为例，需确定1min算数平均值、2min的算数平均值、10min滑动平均值、相应时间内的极值等。气象站八要素均处理完成后，将处理后数据按照自定义格式打包并通过GPRS模块发送至服务器。

在完成对八要素气象数据包括温度、湿度、气压、风速、风向、雨量、光照和PM2.5的采集，处理和质量控制和存储后，为了便于用户及时、有效、便捷的获取气象数据，STM32处理器通过GPRS/GSM模块将数据发送至手机端服务器。每个GPRS/GSM模块都会分配一个IP地址，即手机端服务器显示的IP，连接成功后即可按照设定频率发送气象数据。本系统可以实现多点分布式的气象数据的发送和接收，手机端服务器可以接受不同站点的气象数据，通过切换手机端的IP地址即可方便获取不同便携式自动气象站的数据。与此同时，已授权的手机用户可以通过短信形式实时查询气象数据信息，而对于未经授权的用户，系统不会对其响应。

本便携式气象站通过GPS模块采集到的经纬度和海拔数据以协议数据形式直接导入网络中百度地图与百度地图进行连接，百度地图解码后可以成功实现对便携式气象站进行准确有效的定位以及直观的显示。为便携式气象站上位机截图。便携式自动气象站上位机采用了C#语言在VisioStudio2005.NET环境下编译完成，此环境集成了大量实用的类库，数据库模块采用广泛使用的SQLServer2000存储数据，从而更加高效地实现了自动气象站数据的实时处理和监控。该上位机系统的主要功能是接收基于STM32处理器采集的8要素气象数据，将数据处理后保存至数据库，供用户查询和监测。与此同时，该上位机可以实时监测下位机的设备运行状态，提高了用户对气象站下位机的监测效率。

另外指出，在本文中STM32均是指STM32处理器。

本申请的气象站所带来的效果有：

1.本实用新型设计出了基于STM32的便携式自动气象站系统，基于STM32的便携式自动气象站以STM32处理器为控制器，通过GPS模块获取实时时间，经纬度，海拔参数，对常见气象要素包括温度、湿度、气压、风速、风向、雨量、光照和PM2.5进行采集、处理、质量控制、数据存储和发送。

2.为了便于用户及时、有效、便捷的获取气象数据，本实用新型采用GPRS/GSM无线传输方式将气象数据发送至手机服务器端，使得气象数据的获取与使用广泛且便于携带的智能手机紧密结合起来。每个GPRS/GSM模块都配备一个IP地址，GPRS/GSM模块与手机连接成功后即可按照设定频率发送气象数据。本系统可以实现多点分布式的气象数据的发送和接收，手机端服务器可以接收不同站点的气象数据，通过切换手机端的IP地址即可方便获取不同便携式自动气象站的数据，与此同时，已授权的手机用户可以通过短信形式实时查询气象数据信息，而对于未经授权的用户，系统不会对其响应。

3.本便携式气象站通过GPS模块采集到的经纬度和海拔数据通过串口与百度地图进行连接，以协议数据形式直接导入百度地图，百度地图对协议数据进行解码后可以实现对便携式气象站直观准确的定位。

4.本便携式自动气象站采用多种数据存储方式。气象要素数据既可通过硬件的TF存储卡进行存储，也可以通过手机端服务器进行存储，与此同时，上位机部分也可以实现对气象数据的存储。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。