基于32位浮點型處理器的氣象站及工作方法與流程

本發明涉及氣象監測技術領域，尤其涉及一種基于32位浮點型處理器的氣象站及工作方法。

背景技術：

申請號為201310141075.7，申請日為2013年4月23日的發明專利申請公開了一種氣象監測系統，涉及氣象監測設備技術領域，包括用于采集各類檢測器的數據采集器，所述數據采集器將檢測器得到的信號處理通過通訊設備傳送到指揮中心站，所述數據采集器采用交流供電和蓄電池智能供電兩種方式，所述數據采集器通過rs485接口分別連接有雨量雪量檢測器、能見度檢測器、溫濕度檢測器、風向風速檢測器及紅外線遙感路面測溫器，對高速公路上沙塵、霧，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行數據采集和分析，然后將分析結果上傳給指揮中心站以實現對現場實際情況進行實時監控。目前的氣象監測系統主要側重采集各種氣象信息并提供預警信息，常見的氣象站多采用32位arm處理器，其在數據運算和處理的能力上都存在或多或少的缺點和不足，在天氣條件惡劣時，監測系統采集到的氣象信息在傳輸時可能會發生錯誤或者信息傳輸不完整，提供的預警信息很可能是有偏差的，這樣不利于提前做好預防措施。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種基于32位浮點型處理器的氣象站及工作方法。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：

一種基于32位浮點型處理器的氣象站，其特征在于：主要由dsp處理器單元、氣象采集單元、第一電平轉換模塊、第二電平轉換模塊、蓄電池、太陽能電池板、串口通訊模塊、無線傳輸模塊、led顯示屏及上位機組成；所述氣象采集單元包括風速傳感器、風向傳感器、大氣壓傳感器、溫濕度傳感器、pm2.5傳感器、pm10傳感器以及光照強度傳感器；所述第一電平轉換模塊的輸入端連接ac220v市電，輸出端連接蓄電池的輸入端和第二電平轉換模塊的輸入端以及風速傳感器、風向傳感器、大氣壓傳感器的電源輸入端；所述蓄電池的輸出端連接第二電平轉換模塊的輸入端；所述太陽能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端和所述第二電平轉換模塊的輸入端,以及溫濕度傳感器、pm2.5傳感器、pm10傳感器以及光照強度傳感器的電源輸入端；所述第二電平轉換模塊的輸出端連接dsp處理器單元的電源輸入端；dsp處理器單元的輸出端連接串口通訊模塊的輸入端和無線傳輸模塊輸入端；所說的led顯示屏的輸入端連接串口通訊模塊的輸出端；無線傳輸模塊輸出端連接dsp處理器單元，接收端連接上位機。

優選地，所述第一電平轉換模塊采用nes-100-24開關電源,將ac220v市電轉換為24v直流電壓。

優選地，所述第二電平轉換模塊將從第一電平轉換模塊與太陽能電池板輸出的24v電壓轉換為5v電壓。

優選地，所述dsp處理器單元通過zigbee無線模塊發送給上位機。

一種基于32位浮點型處理器的氣象站的工作方法，其特征在于：主要由dsp處理器單元、氣象采集單元、第一電平轉換模塊、第二電平轉換模塊、蓄電池、太陽能電池板、串口通訊模塊、無線傳輸模塊、led顯示屏及上位機組成；所述氣象采集單元包括風速傳感器、風向傳感器、大氣壓傳感器、溫濕度傳感器、pm2.5傳感器、pm10傳感器以及光照強度傳感器；所述第一電平轉換模塊的輸入端連接ac220v市電，輸出端連接蓄電池的輸入端和第二電平轉換模塊的輸入端以及風速傳感器、風向傳感器、大氣壓傳感器的電源輸入端；所述蓄電池的輸出端連接第二電平轉換模塊的輸入端；所述太陽能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端和所述第二電平轉換模塊的輸入端,以及溫濕度傳感器、pm2.5傳感器、pm10傳感器以及光照強度傳感器的電源輸入端；所述第二電平轉換模塊的輸出端連接dsp處理器單元的電源輸入端；dsp處理器單元的輸出端連接串口通訊模塊的輸入端和無線傳輸模塊輸入端；所說的led顯示屏的輸入端連接串口通訊模塊的輸出端；無線傳輸模塊輸出端連接dsp處理器單元，接收端連接上位機；所述dsp處理器單元運行以下程序：(1)系統上電復位；

(2)系統程序初始化：按照初始化程序，初始化系統各項狀態和各個控制寄存器；

(3)傳感器初始化：按照設定的順序，依次執行；

(4)讀取傳感器信號；采集各個傳感器發回的氣象數據；

(5)判斷讀取情況：如果沒有則返回繼續讀取，否則執行下一級命令；

(6)處理信息：傳感器采集的氣象數據由dsp處理器單元進行處理，處理完的氣象信息分為2路，一路通過網口通信在led屏顯示，另一路通過zigbee無線模塊發送至上位機做最終處理。

優選地，在步驟(4)中，主程序初始化后，設置抽樣點數和定時器0的工作方式與初值，開啟中斷并啟動定時器，開始抽樣，判斷定時時間，如果達到則進行a/d采樣和最大值的比較，否則返回上一步，a/d采樣完成開始判斷是否完成抽樣次數，如果沒有，則啟動定時器重新進行a/d采樣，若完成則通過最大值計算有效值，計算結束，將有效值轉換為10進制的bcd碼，再將該碼轉換為顯示的碼形值，顯示有效值，最后循環執行下一輪的抽樣。

本發明的有益效果是:1.本發明采用32位浮點型處理器作為該系統控制處理核心，在數據處理上減小了計算誤差，增加數據處理精度，簡化了數據運算過程，從而降低了核心處理器的負擔，使控制系統變得更加安全、穩定。

2.該32位浮點型處理器具有多種外設通訊接口，如adc,i²c,uart,ttl,spi,sw-dp(串行線調試端口)等。在喚醒延遲和功耗方面，幾種省電模式提供了具有靈活性的最大優化方案。

3.它的工作內容包括對數據采集模塊，以及各子模塊，針對各氣象要素的要求，對溫濕度、風速、風向、大氣壓、pm2.5等氣象要素傳感器模塊進行分析、最后通過數據采集系統將采集得到的數據傳輸至上位機軟件，對數據進行存儲、分析等。

4.采用zigbeecc2500無線收發芯片，其工作頻段為2.4ghz的ism頻段；zigbeecc2500是一款低成本、低功耗、高性能的無線收發芯片。具有良好的無線接收靈敏度和強大的抗干擾能力；主要作用是將dsp處理器單元處理過的氣象數據上傳至上位機端。

5.上位機可以實時監測上傳數據，以曲線的形式顯示各個氣象指數。自動生成氣象數據庫，記錄并存儲。

附圖說明

圖1為本發明所涉及的系統硬件框圖；

圖2為本發明所涉及的系統初始化程序流程圖；

圖3為本發明所涉及的定時器周期中斷服務程序流程圖；

圖4為本發明所涉及的氣象數據采樣子程序流程圖；

圖5為本發明所涉及的設計原理流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本發明的具體實施方式。如圖1所示，一種基于32位浮點型處理器的氣象站包括：dsp處理器單元、氣象采集單元、電平轉換模塊1、電平轉換模塊2、蓄電池、太陽能電池板、串口通訊模塊、無線傳輸模塊、led顯示屏及上位機組成。所說的電平轉換模塊1的輸入端連接ac220v市電，輸出端連接蓄電池的輸入端和電平轉換模塊2的輸入端以及風速、風向、大氣壓傳感器的電源輸入端；所說的蓄電池的輸出端連接電平轉換模塊2的輸入端；所說的太陽能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端和電平轉換模塊2的輸入端,以及風速、風向、大氣壓傳感器的電源輸入端；所說的電平轉換模塊2的輸出端連接dsp處理器單元的電源輸入端，同時連接溫濕度、pm2.5/10傳感器的電源輸入端；所說的氣象采集單元的信號輸出端連接dsp處理器單元對應的信號采集端口；dsp處理器單元的輸出端連接串口通訊模塊的輸入端和無線傳輸模塊輸入端；所說的led顯示屏的輸入端連接串口通訊模塊的輸出端；無線傳輸模塊輸出端連接dsp處理器單元，接收端連接上位機。

上述所說的氣象采集單元，選用高精度氣象傳感器，首先通過處理器的同步異步收發口usart0，通過rs485的通信方式采用modbus協議采集風速，風向，溫度，濕度的數據，放入設定好的存儲器中；通過ttl的通信方式采集pm2.5與pm10的數據,放入設定好的寄存器中；通過a/d采樣方式采集大氣壓數據，通過ic的通信方式采集光強的數據信息。通過網口通信與led顯示屏組成智能顯示系統。最后通過uart1的異步收發口按照規定的協議通過無線傳輸模塊發送到上位機。

上述所說的電平轉換模塊1以臺灣明偉電子有限公司生產的nes-100-24開關電源,結合常規的硬件接口電路構成，將ac220v市電轉換為dc24v后連接蓄電池的輸入端和電平轉換模塊2的輸入端以及風速、風向、大氣壓傳感器的電源輸入端；

上述所說的電平轉換模塊2以貴易科技電子有限公司產的降壓模塊為主，結合常規的硬件接口電路構成，將從電平轉換模塊1與太陽能電池板輸出的dc24v轉換為dc5v后輸入dsp處理器單元的電源輸入端，同時連接溫濕度、pm2.5/10傳感器的電源輸入端；

上述所說的無線傳輸模塊，分為發送模塊和接收模塊。發送模塊與dsp處理器單元連接，接收模塊與上位機相連。dsp處理器單元通過串口先將數據發送給無線發送模塊，與接收模塊之間通過無線鏈路實現數據的互相傳輸，上位機則將數據共享，方便其他設備讀取。

一種基于32位浮點型處理器的氣象站的工作方法詳細包括如下步驟：

通過氣象采集單元，可實現風速、風向、大氣壓、溫濕度，光照強度、pm2.5/10氣象數據的采集工作，通過a/d采樣、rs485、ttl、ic通訊方式將氣象數據上傳至dsp處理器單元。

ac220v的市電通過第一電平轉換模塊輸出dc24v,可直接給風速、風向、大氣壓傳感器供電，也可以給蓄電池直接充電。led顯示屏通過內置電平轉換模塊給自身提供dc5v電源。通過第二電平轉換模塊輸出dc5v,可以給溫濕度、pm2.5/10供電,同時給dsp處理器單元供電。太陽能光伏板直接輸出dc24v，可以直接給蓄電池充電，通過第二電平轉換模塊給其他傳感器提供所需電壓。

通過dsp處理器單元可實現各項氣象數據的采集和處理、分析上傳。通過網口通信實現led屏循環顯示氣象信息。

最后dsp處理器單元通過zigbee無線模塊發送給上位機，實現氣象數據的采樣和實時監測判斷，根據各項指數提供出行與生活方面的合理化意見。通過以曲線的形式實時顯示氣象數據，數據更加具有直觀性。以天為單位自動生成氣象數據庫，記錄并存儲。

上述步驟中所述氣象數據采集的軟件實現：

如圖2所示，系統初始化程序只在系統上電時執行一次，主要是對系統狀態寄存器的設置、中斷標志和允許的設置、看門狗的設置、定時器初始化、捕獲單元初始化、led屏顯示初始化、i/o口的設置和初始化等。如圖3所示，初始化程序執行完成并得到開機信號后，系統進入循環等待狀態。當有中斷事件發生時，則進入相應的中斷服務子程序去完成測控功能。控制系統的主要指令都可在定時器中完成。若定時器計數器的值與定時器周期寄存器的值相等，則產生周期中斷請求。中斷被響應后，系統將進入中斷服務程序。當其確認中斷源正確后，首先啟動外部a/d轉換器，以采集相應的電能質量信號，再對轉換結果進行數據處理與比較，最后開總中斷并返回。

當定時器周期中斷服務程序執行結束后，進入相應的氣象數據采樣子程序。如圖4所示。主程序初始化后，設置抽樣點數和定時器0的工作方式與初值，開啟中斷并啟動定時器，開始抽樣，判斷定時時間，如果達到則進行a/d采樣和最大值的比較，否則返回上一步，a/d采樣完成開始判斷是否完成抽樣次數，如果沒有，則啟動定時器重新進行a/d采樣，若完成則通過最大值計算有效值，計算結束，將有效值轉換為10進制的bcd碼，再將該碼轉換為顯示的碼形值，顯示有效值，最后循環執行下一輪的抽樣。

如圖5所示，本發明所述對氣象站控制系統的原理軟件流程如下：

(1)系統上電復位；

(2)系統程序初始化：按照初始化程序，初始化系統各項狀態和各個控制寄存器；

(3)傳感器初始化：按照設定的順序，依次執行；

(4)讀取傳感器信號；采集各個傳感器發回的氣象數據；

(5)判斷讀取情況：如果沒有則返回繼續讀取，否則執行下一級命令；

(6)處理信息：傳感器采集的氣象數據由dsp處理器單元進行處理，處理完的氣象信息分為2路，一路通過網口通信在led屏顯示，另一路通過zigbee無線模塊發送至上位機做最終處理。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。