低功耗自动气象站数据采集器的研究与设计

发布时间：2020-10-13 23:26

【摘要】：随着国家经济实力的不断提高,气象事业也在蓬勃发展,基本气象要素的采集也由人工采集变为现在计算机自动数据采集,而且数据采集的精度、稳定性、低功耗等要求也在进一步提高。众所周知,时代发展的今天,在自动气象站性能和速度不断发展的前提下,气象站的功能要求也在不断提高。自动气象站数据采集器的核心是嵌入式系统,因此降低设备的功耗,也必须从嵌入式本身着手。目前降低嵌入式系统功耗主要从硬件功耗和软件功耗两个方面入手。本课题是在已有的自动气象站数据采集器设计的基础上进行分析研究的,在分析硬件功耗时,从工艺级、器件级、电路级、RTL级、微结构级以及电源层等方面入手,同时设计并改进电路结构。分析软件功耗时,采用仿真方式,将应用软件进行编译优化,提出了一种改进的OPTASTS算法,并对进行仿真验证。本文所做的贡献主要有：课题作者分析了已有气象站数据采集器各部分功耗消耗情况,从理论和实际测量两方面验证功耗大小分布情况,分析了这些功耗产生的原因。设计出新一代自动气象站数据采集器系统。系统的硬件平台选用ARM9和MSP430处理器,扩展了32M SDRAM和32MNANDFlash,同时设计了外围电路。在已知硬件功耗原因的基础上,从软件层次分析降低系统功耗的可能性,并提出改进的OPTASTS算法,并对其利用Skyeye软件进行模拟仿真。开发了自动气象站上位机软件和应用程序,该软件不仅能够实现数据的有线下载,而且还能通过移动网络将数据进行远程下载,其采用的通信协议为TCP/IP协议。通过最终的实验数据证明,在硬件层面和软件层面同时进行系统的优化设计,能够设计出满足新一代自动气象站要求,并且能够实现数据的正确存储与下载,论文最后给出了对本课题的研究总结,并对未来的研究工作进行阐述。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P415.12
【图文】：

总线式,自动气象站

风向、雨量等气象要素的实时观测，并利用多种通信方式进行数据传输，数据存储，数据??质量控制的装置。??它主要由采集器、总线、传感器、外围设备和软件构成１１Ｗ１。其总体结构如图１．１所示??Ｉ?．／■?Ｇ巧挺时－?＼??Ｉ??Ｌ——＇?巧块?？???、??Ｉ?＾泣巧传巧巧！??ＲＭ８５巧ｇ｜、一一（业务软件）Ｊ??Ｓ品巧器?１—＾?????’ＩＩＩ??＾?本?：模巧?＾?！?ＲＪ化巧日???Ｉ风巧传巧巧（１０米）：—＾?巧字??????測?计巧?、，??＾—通道?＾?＾３＾＾?／■—?——…——??聲?或智；?Ａ???Ｉ?ｉ??［．貼括惠岳馆取雨—能传朱?Ｉ巧巧Ｗ?Ｊ??＿＿＿卑斗卑容齡Ｌｉ感?雲胃?器????１……驾蜡传感巧…＇Ｉ—？?１?；（实时巧务嵌入式??眾发传巧呈ｉ?１?操作系统）?｜ｒｓ姑Ｓ巧口?＾??ｒ—??：???Ｈ?供电单元?Ｉ??己哗?ｒ—ｒＵｉｉｉＥｌ?ｊ?ｉ、…—Ｊ??气涅传巧巧ｐ支Ｉ?ｉ—??????！??—通风防巧射單—ｉ??ｉ??迪两速巧口个１?ｉ?Ｉ????；?／－与化扣；、?＾?、生巧水分巧＊?ｉ＾王寒呆巧面賣￣￣??ｒ?ＩＳｌ?Ｈ￣ＳＳｇ?仁二＂‘?巧忠占?：。??居驾聲些＞－?！?一巧耐异＼，??。品＇涅品亞」?＾?、‘?＼分采＊巧Ｊ??＞?｜－ｉ?５?传《Ｓ??！地面温巧传唐苗；￣Ｉ?更：，?＇若丰一、＼??巧面麵《ａ???地温Ｓ麻Ｖ…

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象要素从主采集器中分离，使得操作系统只在每一分钟内几巧钟时间处于工作状态，其主??要的任务是进行数据的处理、传输、通信、存储Ｌ义及质量控制，其他大部分时间利用软件??优化技术使系统处于待机低功耗运行状态。其改进后系统设升的方框图如图２．４所示。??／?ＩＧＰＳ授时?Ｎ????Ｉ模埃????片今Ｇ難船）??????［Ｈ气温传感器??ＲＳ４８５?Ｉ?丰?Ｉ脱。?■！湿度传感器??采?风速传感器ＩＫ１米）??－风向传感器ｔ！０米）????集???ｆ甘小誦巧主化１」￣雨量存感器爛式、??－Ｓ＾．ｌ?ｍ?１?．．州Ｎ￣￣觸綠韻—Ｌ主渥丑、合栅丸」??々，??■！怠福射传感器??供电单元?＞?《时《任务嵌入式操作系统?感器Ｉ???４能见度传感器??ＵＳＢ端口?ＵＳＢ端口?ｙ??图２．４改进后自动气象站结构框图??１３??

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