本發(fā)明涉及氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的氣象站及工作方法。

背景技術(shù)：

申請(qǐng)?zhí)枮?01310141075.7，申請(qǐng)日為2013年4月23日的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，涉及氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括用于采集各類檢測(cè)器的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器將檢測(cè)器得到的信號(hào)處理通過通訊設(shè)備傳送到指揮中心站，所述數(shù)據(jù)采集器采用交流供電和蓄電池智能供電兩種方式，所述數(shù)據(jù)采集器通過rs485接口分別連接有雨量雪量檢測(cè)器、能見度檢測(cè)器、溫濕度檢測(cè)器、風(fēng)向風(fēng)速檢測(cè)器及紅外線遙感路面測(cè)溫器，對(duì)高速公路上沙塵、霧，能見度參數(shù)，路面溫度，風(fēng)向風(fēng)速，雨雪量要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，然后將分析結(jié)果上傳給指揮中心站以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。目前的氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要側(cè)重采集各種氣象信息并提供預(yù)警信息，常見的氣象站多采用32位arm處理器，其在數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理的能力上都存在或多或少的缺點(diǎn)和不足，在天氣條件惡劣時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的氣象信息在傳輸時(shí)可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤或者信息傳輸不完整，提供的預(yù)警信息很可能是有偏差的，這樣不利于提前做好預(yù)防措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種基于32位浮點(diǎn)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(zhuǎn)換模塊、第二電平轉(zhuǎn)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(jī)組成；所述氣象采集單元包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)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(qiáng)度傳感器；所述第一電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊的輸入端以及風(fēng)速傳感器、風(fēng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qiáng)度傳感器的電源輸入端；所述第二電平轉(zhuǎn)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(jī)。

優(yōu)選地，所述第一電平轉(zhuǎn)換模塊采用nes-100-24開關(guān)電源,將ac220v市電轉(zhuǎn)換為24v直流電壓。

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

優(yōu)選地，所述dsp處理器單元通過zigbee無線模塊發(fā)送給上位機(jī)。

一種基于32位浮點(diǎn)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(zhuǎn)換模塊、第二電平轉(zhuǎn)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(jī)組成；所述氣象采集單元包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)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(qiáng)度傳感器；所述第一電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊的輸入端以及風(fēng)速傳感器、風(fēng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qiáng)度傳感器的電源輸入端；所述第二電平轉(zhuǎn)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(jī)；所述dsp處理器單元運(yùn)行以下程序：(1)系統(tǒng)上電復(fù)位；

(2)系統(tǒng)程序初始化：按照初始化程序，初始化系統(tǒng)各項(xiàng)狀態(tài)和各個(gè)控制寄存器；

(3)傳感器初始化：按照設(shè)定的順序，依次執(zhí)行；

(4)讀取傳感器信號(hào)；采集各個(gè)傳感器發(fā)回的氣象數(shù)據(jù)；

(5)判斷讀取情況：如果沒有則返回繼續(xù)讀取，否則執(zhí)行下一級(jí)命令；

(6)處理信息：傳感器采集的氣象數(shù)據(jù)由dsp處理器單元進(jìn)行處理，處理完的氣象信息分為2路，一路通過網(wǎng)口通信在led屏顯示，另一路通過zigbee無線模塊發(fā)送至上位機(jī)做最終處理。

優(yōu)選地，在步驟(4)中，主程序初始化后，設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)和定時(shí)器0的工作方式與初值，開啟中斷并啟動(dòng)定時(shí)器，開始抽樣，判斷定時(shí)時(shí)間，如果達(dá)到則進(jìn)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(shù)，如果沒有，則啟動(dòng)定時(shí)器重新進(jìn)行a/d采樣，若完成則通過最大值計(jì)算有效值，計(jì)算結(jié)束，將有效值轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制的bcd碼，再將該碼轉(zhuǎn)換為顯示的碼形值，顯示有效值，最后循環(huán)執(zhí)行下一輪的抽樣。

本發(fā)明的有益效果是:1.本發(fā)明采用32位浮點(diǎn)型處理器作為該系統(tǒng)控制處理核心，在數(shù)據(jù)處理上減小了計(jì)算誤差，增加數(shù)據(jù)處理精度，簡化了數(shù)據(jù)運(yùn)算過程，從而降低了核心處理器的負(fù)擔(dān)，使控制系統(tǒng)變得更加安全、穩(wěn)定。

2.該32位浮點(diǎn)型處理器具有多種外設(shè)通訊接口，如adc,i²c,uart,ttl,spi,sw-dp(串行線調(diào)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(yōu)化方案。

3.它的工作內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊，以及各子模塊，針對(duì)各氣象要素的要求，對(duì)溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、pm2.5等氣象要素傳感器模塊進(jìn)行分析、最后通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集得到的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析等。

4.采用zigbeecc2500無線收發(fā)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(fā)芯片。具有良好的無線接收靈敏度和強(qiáng)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(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)端。

5.上位機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上傳數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示各個(gè)氣象指數(shù)。自動(dòng)生成氣象數(shù)據(jù)庫，記錄并存儲(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)硬件框圖；

圖2為本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)初始化程序流程圖；

圖3為本發(fā)明所涉及的定時(shí)器周期中斷服務(wù)程序流程圖；

圖4為本發(fā)明所涉及的氣象數(shù)據(jù)采樣子程序流程圖；

圖5為本發(fā)明所涉及的設(shè)計(jì)原理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。如圖1所示，一種基于32位浮點(diǎn)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(zhuǎn)換模塊1、電平轉(zhuǎn)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(jī)組成。所說的電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊2的輸入端以及風(fēng)速、風(fēng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊2的輸入端,以及風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓傳感器的電源輸入端；所說的電平轉(zhuǎn)換模塊2的輸出端連接dsp處理器單元的電源輸入端，同時(shí)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(hào)輸出端連接dsp處理器單元對(duì)應(yīng)的信號(hào)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(jī)。

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(fā)口usart0，通過rs485的通信方式采用modbus協(xié)議采集風(fēng)速，風(fēng)向，溫度，濕度的數(shù)據(jù)，放入設(shè)定好的存儲(chǔ)器中；通過ttl的通信方式采集pm2.5與pm10的數(shù)據(jù),放入設(shè)定好的寄存器中；通過a/d采樣方式采集大氣壓數(shù)據(jù)，通過ic的通信方式采集光強(qiáng)的數(shù)據(jù)信息。通過網(wǎng)口通信與led顯示屏組成智能顯示系統(tǒng)。最后通過uart1的異步收發(fā)口按照規(guī)定的協(xié)議通過無線傳輸模塊發(fā)送到上位機(jī)。

上述所說的電平轉(zhuǎn)換模塊1以臺(tái)灣明偉電子有限公司生產(chǎn)的nes-100-24開關(guān)電源,結(jié)合常規(guī)的硬件接口電路構(gòu)成，將ac220v市電轉(zhuǎn)換為dc24v后連接蓄電池的輸入端和電平轉(zhuǎn)換模塊2的輸入端以及風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓傳感器的電源輸入端；

上述所說的電平轉(zhuǎn)換模塊2以貴易科技電子有限公司產(chǎn)的降壓模塊為主，結(jié)合常規(guī)的硬件接口電路構(gòu)成，將從電平轉(zhuǎn)換模塊1與太陽能電池板輸出的dc24v轉(zhuǎn)換為dc5v后輸入dsp處理器單元的電源輸入端，同時(shí)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(fā)送模塊和接收模塊。發(fā)送模塊與dsp處理器單元連接，接收模塊與上位機(jī)相連。dsp處理器單元通過串口先將數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)送模塊，與接收模塊之間通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳輸，上位機(jī)則將數(shù)據(jù)共享，方便其他設(shè)備讀取。

一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的氣象站的工作方法詳細(xì)包括如下步驟：

通過氣象采集單元，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、溫濕度，光照強(qiáng)度、pm2.5/10氣象數(shù)據(jù)的采集工作，通過a/d采樣、rs485、ttl、ic通訊方式將氣象數(shù)據(jù)上傳至dsp處理器單元。

ac220v的市電通過第一電平轉(zhuǎn)換模塊輸出dc24v,可直接給風(fēng)速、風(fēng)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(nèi)置電平轉(zhuǎn)換模塊給自身提供dc5v電源。通過第二電平轉(zhuǎn)換模塊輸出dc5v,可以給溫濕度、pm2.5/10供電,同時(shí)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)的采集和處理、分析上傳。通過網(wǎng)口通信實(shí)現(xiàn)led屏循環(huán)顯示氣象信息。

最后dsp處理器單元通過zigbee無線模塊發(fā)送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的采樣和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)判斷，根據(jù)各項(xiàng)指數(shù)提供出行與生活方面的合理化意見。通過以曲線的形式實(shí)時(shí)顯示氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)更加具有直觀性。以天為單位自動(dòng)生成氣象數(shù)據(jù)庫，記錄并存儲(chǔ)。

上述步驟中所述氣象數(shù)據(jù)采集的軟件實(shí)現(xiàn)：

如圖2所示，系統(tǒng)初始化程序只在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行一次，主要是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)寄存器的設(shè)置、中斷標(biāo)志和允許的設(shè)置、看門狗的設(shè)置、定時(shí)器初始化、捕獲單元初始化、led屏顯示初始化、i/o口的設(shè)置和初始化等。如圖3所示，初始化程序執(zhí)行完成并得到開機(jī)信號(hào)后，系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)。當(dāng)有中斷事件發(fā)生時(shí)，則進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序去完成測(cè)控功能?？刂葡到y(tǒng)的主要指令都可在定時(shí)器中完成。若定時(shí)器計(jì)數(shù)器的值與定時(shí)器周期寄存器的值相等，則產(chǎn)生周期中斷請(qǐng)求。中斷被響應(yīng)后，系統(tǒng)將進(jìn)入中斷服務(wù)程序。當(dāng)其確認(rèn)中斷源正確后，首先啟動(dòng)外部a/d轉(zhuǎn)換器，以采集相應(yīng)的電能質(zhì)量信號(hào)，再對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與比較，最后開總中斷并返回。

當(dāng)定時(shí)器周期中斷服務(wù)程序執(zhí)行結(jié)束后，進(jìn)入相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)采樣子程序。如圖4所示。主程序初始化后，設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)和定時(shí)器0的工作方式與初值，開啟中斷并啟動(dòng)定時(shí)器，開始抽樣，判斷定時(shí)時(shí)間，如果達(dá)到則進(jìn)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(shù)，如果沒有，則啟動(dòng)定時(shí)器重新進(jìn)行a/d采樣，若完成則通過最大值計(jì)算有效值，計(jì)算結(jié)束，將有效值轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制的bcd碼，再將該碼轉(zhuǎn)換為顯示的碼形值，顯示有效值，最后循環(huán)執(zhí)行下一輪的抽樣。

如圖5所示，本發(fā)明所述對(duì)氣象站控制系統(tǒng)的原理軟件流程如下：

(1)系統(tǒng)上電復(fù)位；

(2)系統(tǒng)程序初始化：按照初始化程序，初始化系統(tǒng)各項(xiàng)狀態(tài)和各個(gè)控制寄存器；

(3)傳感器初始化：按照設(shè)定的順序，依次執(zhí)行；

(4)讀取傳感器信號(hào)；采集各個(gè)傳感器發(fā)回的氣象數(shù)據(jù)；

(5)判斷讀取情況：如果沒有則返回繼續(xù)讀取，否則執(zhí)行下一級(jí)命令；

(6)處理信息：傳感器采集的氣象數(shù)據(jù)由dsp處理器單元進(jìn)行處理，處理完的氣象信息分為2路，一路通過網(wǎng)口通信在led屏顯示，另一路通過zigbee無線模塊發(fā)送至上位機(jī)做最終處理。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。