基于LoRa的无线电气象参数集成监测系统设计
发布时间：2021-04-14 16:25
通过无线电气象参数可以获得影响无线电波变化的气象参数变化规律.为研究各种气象变化对无线电波的影响,对无线电气象参数进行准确测量和数据的远程传输与管理,提出了一种基于LoRa的无线电气象参数集成监测系统.系统以LoRa技术为核心进行自组网设计,采用北斗短报文技术进行远距离通信.气象监测节点采用低功耗的STM32微处理器,通过移植uCOS-III实时操作系统来实现多传感器集成模块的多任务调度,远程终端采用Qt设计了配套的上位机软件进行无线电气象参数实时处理分析.实测结果表明,在通信距离小于2 km时,LoRa数据传输丢包率小于10%,上位机软件可准确显示并存储无线电气象数据.系统具有稳定可靠、集成度高、组网便捷、通信距离远等特点,可以实现对复杂环境中无线电气象参数的实时采集和远程管理,这为气象学研究提供了有效的无线电气象参数数据.
【文章来源】：电波科学学报. 2020,35(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
汇聚节点硬件框图
气象监测节点ARM微处理器移植了uCOS-III实时操作系统,该操作系统以任务调度机制为核心,实现多个任务在uCOS-III系统上并执行[13]. 软件设计流程如图4所示,系统首先调用初始化函数初始化操作系统,创建空闲任务,然后进行各个模块初始化和硬件资源初始化. 通过OSTaskCreate()函数创建多传感器的采集命令任务,最后执行OSStart,进行任务调度.气象监测节点软件设计分为多传感器采集端软件设计和数据发送软件端设计. 多传感器采集端进行实时气象数据的采集,其中光照强度传感器和大气压强传感器通过IIC总线与主控方通信,本系统中使用通用输入/输出口(general purpose input output, GPIO)模拟IIC总线,实现双向传输. 风向风速传感器、温湿度传感器和太阳总辐射传感器采用RS485+ModBus协议与主控方通信,系统采用一主多从模式进行通信,每个从机都有自己的设备地址,ModBus-RTU报文数据格式为:地址域+功能码+数据+差错校验,其中差错校验采用循环冗余校验码(cyclic redundancy check, CRC),格式如表1所示.
远程终端软件采用无线电气象参数监测集成的上位机软件设计,上位机软件采用Qt跨平台开发库设计[14],对汇聚节点发送气象数据的接收处理、分析和存储以及可视化显示. 根据系统设计,上位机软件包括注册登录、端口连接、传感器状态监测、监测数据实时显示、监测数据动态曲线绘制和数据存储记录等功能,上位机软件构架如图5所示.Qt在消息处理方面使用的机制是信号与槽,用Qt中内嵌绘图工具QCustomPlot创建customPlOt,将各个参数实时绘制成曲线并显示. 端口连接包括端口的波特率、奇偶校验和停止位属性设置等. 在数据处理分析中,湿项采用气象监测节点测得的温度、湿度、气压值,无线电折射率采用国际电联无线电通信部门建议书给出的无线电折射率公式[15-16]. 其软件设计流程如图6所示.
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于LoRa可穿戴设备的小型化双频段天线[J]. 禹忠,晁美静,秦婷,张高记,沈曜旭. 电波科学学报. 2019(05)
[2]基于Qt的室内环境监测系统设计与实现[J]. 李超,程小劲. 计算机技术与发展. 2019(04)
[3]大气折射对我国近地面无线电视距的影响分析[J]. 胡冉冉,赵振维,孙树计,林乐科. 电波科学学报. 2018(01)
[4]基于气象探空数据计算的大气折射率误差分析[J]. 程显海,张玉生. 电波科学学报. 2014(05)
[5]气象探测中的无线电技术应用[J]. 陈浩君,王勤典. 上海信息化. 2013(11)
[6]基于uCOS-II的嵌入式数控系统实时性分析[J]. 刘淼,王田苗,魏洪兴,陈友东. 计算机工程. 2006(22)
[7]无线电气象学研究概述[J]. 仇盛柏. 电波与天线. 1997(03)
硕士论文
[1]基于ZigBee的气象监测系统设计与实现[D]. 解维志.北京工业大学 2016
本文编号：3137638
【文章来源】：电波科学学报. 2020,35(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
汇聚节点硬件框图
气象监测节点ARM微处理器移植了uCOS-III实时操作系统,该操作系统以任务调度机制为核心,实现多个任务在uCOS-III系统上并执行[13]. 软件设计流程如图4所示,系统首先调用初始化函数初始化操作系统,创建空闲任务,然后进行各个模块初始化和硬件资源初始化. 通过OSTaskCreate()函数创建多传感器的采集命令任务,最后执行OSStart,进行任务调度.气象监测节点软件设计分为多传感器采集端软件设计和数据发送软件端设计. 多传感器采集端进行实时气象数据的采集,其中光照强度传感器和大气压强传感器通过IIC总线与主控方通信,本系统中使用通用输入/输出口(general purpose input output, GPIO)模拟IIC总线,实现双向传输. 风向风速传感器、温湿度传感器和太阳总辐射传感器采用RS485+ModBus协议与主控方通信,系统采用一主多从模式进行通信,每个从机都有自己的设备地址,ModBus-RTU报文数据格式为:地址域+功能码+数据+差错校验,其中差错校验采用循环冗余校验码(cyclic redundancy check, CRC),格式如表1所示.
远程终端软件采用无线电气象参数监测集成的上位机软件设计,上位机软件采用Qt跨平台开发库设计[14],对汇聚节点发送气象数据的接收处理、分析和存储以及可视化显示. 根据系统设计,上位机软件包括注册登录、端口连接、传感器状态监测、监测数据实时显示、监测数据动态曲线绘制和数据存储记录等功能,上位机软件构架如图5所示.Qt在消息处理方面使用的机制是信号与槽,用Qt中内嵌绘图工具QCustomPlot创建customPlOt,将各个参数实时绘制成曲线并显示. 端口连接包括端口的波特率、奇偶校验和停止位属性设置等. 在数据处理分析中,湿项采用气象监测节点测得的温度、湿度、气压值,无线电折射率采用国际电联无线电通信部门建议书给出的无线电折射率公式[15-16]. 其软件设计流程如图6所示.
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于LoRa可穿戴设备的小型化双频段天线[J]. 禹忠,晁美静,秦婷,张高记,沈曜旭. 电波科学学报. 2019(05)
[2]基于Qt的室内环境监测系统设计与实现[J]. 李超,程小劲. 计算机技术与发展. 2019(04)
[3]大气折射对我国近地面无线电视距的影响分析[J]. 胡冉冉,赵振维,孙树计,林乐科. 电波科学学报. 2018(01)
[4]基于气象探空数据计算的大气折射率误差分析[J]. 程显海,张玉生. 电波科学学报. 2014(05)
[5]气象探测中的无线电技术应用[J]. 陈浩君,王勤典. 上海信息化. 2013(11)
[6]基于uCOS-II的嵌入式数控系统实时性分析[J]. 刘淼,王田苗,魏洪兴,陈友东. 计算机工程. 2006(22)
[7]无线电气象学研究概述[J]. 仇盛柏. 电波与天线. 1997(03)
硕士论文
[1]基于ZigBee的气象监测系统设计与实现[D]. 解维志.北京工业大学 2016
本文编号：3137638
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3137638.html
