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物联网中的智能气象监测系统设计与实现近年来，物联网已经成为人们生活中不可忽视的一部分。
物联网不仅可以连接数以亿计的设备，更可以为我们的生产和生活带来极大的便利和效率提升。
其中，智能气象监测系统的设计和实现正是物联网技术的一个重要应用。
本文将从系统设计、传感器选择、数据处理、通信传输和应用场景等方面探讨智能气象监测系统的设计和实现。
系统设计智能气象监测系统主要由传感器、数据采集器、数据存储器、通信模块和应用端组成。
其中，传感器和数据采集器是整个系统的核心。
传感器可以采集环境中的温度、湿度、风速、风向、降水等数据，通过数据采集器将数据转换为数字信号，并进行处理和存储。
数据存储器用于存储采集到的数据，并通过云平台进行数据管理和分析。
通信模块则负责与应用端进行数据传输和交互。
传感器选择传感器是智能气象监测系统的核心组件，其选型非常重要。
传感器的选择应综合考虑多方面因素，如测量范围、测量精度、灵敏度、稳定性、响应时间等。
常用的气象传感器有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器和雨量传感器等。
对于温度传感器，目前市场上常用的有NTC热敏电阻和PTC热敏电阻两种。
其中，前者价格便宜，但检测范围较小；后者价格稍贵，但测量范围更广。
对于湿度传感器，则可选用电容式传感器、阻抗式传感器和热敏式传感器等。
电容式传感器适用于高湿度环境，阻抗式传感器适用于低湿度环境，热敏式传感器则适用于常温常湿的环境。
风速传感器常用的有磁电式传感器和超声波传感器两种。
磁电式传感器价格较低，但这种传感器不适用于测量低速风；超声波传感器则适用于测量低速风。
风向传感器一般采用机械式传感器或电子式传感器。
机械式传感器结构简单、价格便宜，但精度较低；电子式传感器精度更高，但价格相应也更贵。
雨量传感器则可选用翻斗式传感器和压力式传感器两种。
翻斗式传感器结构简单，但不能精确测量降雨强度，压力式传感器可以更精确地测量降雨量和降雨强度。
数据处理智能气象监测系统采集到的原始数据需要进行处理和分析，以便更好地为应用提供数据支持。
智能微型气象站实施方案一、背景介绍随着科技的不断发展，气象监测技术也在不断更新换代。
传统的气象站设备体积庞大、维护成本高，难以满足现代城市和乡村的需求。
因此，智能微型气象站应运而生，它具有体积小、功能强大、维护便捷的特点，成为了现代气象监测的重要工具。
二、实施方案1. 设备选型智能微型气象站的核心设备包括气温传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、降雨传感器等。
在选型时，需要考虑设备的精度、稳定性、耐用性以及对环境变化的适应能力。
同时，还需要考虑设备的通信方式，如Wi-Fi、蓝牙等，以便实现远程监测和数据传输。
2. 安装位置选择智能微型气象站的安装位置对于监测数据的准确性至关重要。
一般来说，应选择在离地面一定高度的开阔地带，避免受到建筑物、树木等遮挡。
同时，需要考虑设备的防水防晒措施，以保证设备的长期稳定运行。
3. 数据监测与传输智能微型气象站可以通过传感器实时监测气温、湿度、风速、风向、降雨等数据，并通过内置的数据传输模块将数据传输至云端服务器。
用户可以通过手机App或者网页端进行实时监测和数据分析，以及设置预警功能。
4. 数据分析与应用通过对监测数据的分析，可以为农业生产、城市规划、气象预警等领域提供重要参考。
比如，可以根据气象数据进行灌溉决策、制定防灾预案、优化城市规划等，为社会生产和生活提供更精准的气象信息。
5. 维护与管理智能微型气象站的维护相对传统气象站更加便捷，但也需要定期检查设备的运行状态、更换损坏部件、清洁传感器等工作。
同时，还需要建立健全的数据管理制度，确保监测数据的安全可靠。
三、总结智能微型气象站的实施方案涉及设备选型、安装位置选择、数据监测与传输、数据分析与应用、维护与管理等多个方面。
通过科学合理的实施方案，可以充分发挥智能微型气象站的监测功能，为社会生产和生活提供更加精准的气象信息，有助于提高气象监测的精度和效率，促进社会的可持续发展。
主要产品： 井盖、液位、水浸、老人一键报警、定位手环基于NB/LoRa的智能小型气象站基于NB/LoRa 的智能小型气象站是一种集气象数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集系统，智能小型气象站可监测风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、等常规气象要素进行全天候现场准确测量并将数据传输到中心计算机气象数据库中，用于统计分析和处理。
可广泛应用于气象、环保、机场、农林、科学研究等领域。
下面就由爱体智能给大家简单介绍基于NB/LoRa 的智能小型气象站。
一、智能小型气象站功能特点二、智能小型气象站技术优势 物联网通信、超低功耗、超长待机、外形小巧、随地部署、价格经济主要产品： 井盖、液位、水浸、老人一键报警、定位手环三、网络结构（NB 或LoRa 可选）四、智能小型气象站安装方式1. 直接安装在支架或者柱子上，没有特别的要求。
2. 供电方便，可以采用电池供电或者太阳能供电。
五、NB-IoT 模块或者LoRa 模块可选 1. NB-IoT 模块使用运营商基站，一个设备配一张sim 卡，覆盖范围广。
2. LoRa 模块兼容LoRaWAN 基站，亦可自建基站，覆盖半径2-5km 范围。
以上就是智能小型气象站的介绍，如果想要了解更多关于智能小型气象站的细节，欢迎立即咨询南京爱体智能科技有限公司。
南京爱体智能科技有限公司主要从事智能化系统、智能家居传感器、智能穿戴设备、智慧城市传感器、物联网系统、图像识别物联网、物联网软件研发等产品开发和系统开发。
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基于人工智能的智能气象监测与预警系统设计随着科技的不断发展，人工智能技术在各个领域内得到了广泛的应用。
其中，气象监测与预警系统是基于人工智能技术的一个重要应用领域。
智能气象监测与预警系统的设计旨在通过利用人工智能技术，提高气象预警能力，减少天气灾害对人类生活和财产的影响。
一、需求分析智能气象监测与预警系统的设计目标是提供准确、及时的天气信息，帮助人们做出正确决策，并尽早地对潜在的天气灾害进行预测和预警。
因此，系统需要具备以下几个方面的功能：1. 实时数据采集：系统需要能够实时获取气象监测数据，如温度、湿度、风速等等，以确保数据的准确性和时效性。
2. 数据分析与处理：系统需要具备强大的数据分析与处理能力，能够将大量的气象数据进行有效整理和分析，以提取出有用的信息。
3. 预测模型建立：系统需要通过对历史天气数据的分析，建立合适的气象预测模型，以提供可靠的天气预报。
4. 预警机制设计：系统应能根据实时数据和预测模型，自动生成相应的预警信息，并及时向相关部门和用户发送预警通知。
5. 用户交互界面：系统需要提供友好的用户交互界面，以方便用户查看天气信息、接收预警通知，并与系统进行互动。
二、系统设计基于以上需求分析，智能气象监测与预警系统的设计可以按照以下步骤进行：1. 数据采集与存储：系统需要连接气象监测仪器，实时采集气象数据，如温度、湿度、风速等。
采集到的数据经过预处理后，可以存储到数据库中，以备后续分析和处理之用。
2. 数据分析与处理：系统需要具备数据分析与处理的能力，以提取出有用的信息。
可以使用机器学习和数据挖掘等人工智能技术，对大量的气象数据进行分析，找出数据之间的关联性和规律性，并提取出对天气变化有影响的因素。
3. 预测模型建立：根据历史天气数据和经过分析的相关因素，可以建立合适的天气预测模型。
可以使用统计分析方法、神经网络、支持向量机等算法，通过对历史数据的学习和拟合，预测未来的天气情况。
4. 预警机制设计：系统根据实时数据和预测模型，可以自动生成相应的预警信息。
智慧天气监控系统设计方案设计方案：智慧天气监控系统一、系统介绍智慧天气监控系统是基于物联网技术的一种天气监测系统，主要用于实时采集和分析各类气象数据，以提供准确的天气预警和预测服务。
该系统能够通过传感器、网络通信设备、数据处理终端等组件实时监测气象变化，并将数据反馈给用户。
二、系统功能模块1. 数据采集模块：该模块负责采集各类气象数据，包括温度、湿度、风速、降水量等，通过传感器将数据实时传输到系统中。
2. 数据传输模块：数据采集模块采集到的数据通过网络传输到数据处理终端，通过无线通信技术，实现实时数据传输。
3. 数据处理模块：数据处理模块对采集到的气象数据进行处理和分析，在本地或云端进行数据存储和处理，通过算法和模型进行数据挖掘和预测。
4. 数据展示模块：将处理后的气象数据以可视化的形式展示给用户，包括实时气象信息、历史数据、气象趋势图表等，用户可以通过网页或手机应用进行查看。
5. 预警和预测模块：基于数据处理模块的分析结果，系统可以提供预警和预测功能，及时警示用户，通过手机短信、APP推送等方式发送相关信息。
三、系统架构设计系统采用分布式架构设计，包括传感器、网关、服务器和终端四个层次。
1. 传感器层：部署各种气象传感器，包括温湿度传感器、风速传感器、降水量传感器等，负责数据采集和传输。
2. 网关层：负责数据传输和网络通信，将传感器采集到的数据通过无线网络传输到服务器端。
3. 服务器层：包括数据处理服务器和数据存储服务器。
数据处理服务器负责接收、处理和分析传感器采集到的数据，提供数据挖掘和预测功能。
数据存储服务器负责存储和管理历史数据，提供数据查询和管理接口。
4. 终端层：用户可以通过网页或手机应用访问系统，查看实时天气信息、历史数据以及预警和预测结果。
四、系统实现技术1. 传感器技术：选择高精度、低功耗的传感器，通过物联网架构实现传感器与网关的连接和数据传输。
2. 无线通信技术：选择适合的无线通信技术，如4G、NB-IoT等，实现传感器到服务器的实时数据传输。
基于ZigBee的自动气象站系统的设计的开题报告一、选题背景气象站是一种用于测量和记录气象变量的仪器设备，包括温度、湿度、风速、风向、日照时间、降雨量、大气压力等多种气象参数的测量。
气象站对于气象、环保、农业、交通等领域都有着重要的应用价值。
随着物联网技术的不断发展，将气象站联网，实现远程监测和数据分析已成为发展趋势。
ZigBee是一种无线通信技术，传输稳定、数据传输速度快，功耗低的特点，广泛应用于无线传感器网络，而气象站本质上也是一种传感器网络，将ZigBee技术应用于气象站系统的设计，能够解决传统气象站存在的传输电缆复杂、设备维护困难等问题，提高气象数据的精度、实时性和应用价值。
二、研究目的本项目旨在设计一款基于ZigBee技术的自动气象站系统，通过无线传输方式，实现气象变量数据的实时监测和数据采集，将数据上传至云端进行数据处理和分析。
通过开发易用、可靠、高效、低功耗的传感器单元及其载体，建立气象监控系统。
为气象领域的科研、生产和教学提供了有效的数据支撑。
三、研究内容1. 气象站传感器与收集装置的设计，包括气象站的整体设计、控制系统的设计、气象传感器的选型与驱动等。
2. 气象数据的实时采集和传输：利用 ZigBee 通信技术进行数据传输，实现远程数据采集。
3. 气象数据处理和分析：部署数据采集系统，获取气象数据并进行处理和分析，形成结果可视化的应用。
4. 系统测试及验证：对系统进行实际测试及验证，调试系统的各个模块并进行性能优化，验证系统的准确性、鲁棒性等指标。
四、研究计划1. 第一阶段：对气象站的相关知识进行深入学习和研究，编写开题报告，确定具体研究内容和方向。
2. 第二阶段：进行技术调研和系统设计，完成系统架构和模块的开发，包括硬件、软件和通信模块等。
3. 第三阶段：进行系统集成和测试，包括系统的集成测试和性能测试等，对系统进行调优和优化。
4. 第四阶段：撰写毕业论文并进行答辩。
五、研究意义本项目研究的基于ZigBee的自动气象站系统，实现了气象数据的远程监测与分析，具有非常重要的实际应用价值。
智能气象站研究与设计随着现代科技的进步和应用，气象信息的收集和利用已经变得越来越普遍和重要。
特别是在一些关键行业中，如航空、海洋、农业等，气象数据的准确性和及时性对于生产和生活的影响是不可忽视的。
为此，智能气象站也应运而生，成为提高气象数据收集和分析能力的有力工具。
一、智能气象站的定义和概述智能气象站是一种利用现代科技实现气象数据自动采集和分析的设备。
它利用各种传感器和网络通信技术，可以实时收集和反映该地区的温度、湿度、风速、气压等气象参数，以供分析和利用。
另外，智能气象站还可以配合其他气象预测系统和软件，实现更精准的天气预测和风险评估。
二、智能气象站的设计与工作原理1. 传感器模块的设计与使用智能气象站的核心部分是传感器模块。
它采用的传感器类型和数量可以根据不同需求和场所而异，一般选择的有紫外线传感器、光照、温度、湿度、压力和风速等。
这些传感器的使用能够使气象站获得更丰富的数据，从而为后续的数据分析提供充分的数据来源。
2. 数据采集通信模块的设计与使用另一个关键的部分是气象站的数据采集和通信模块。
获取气象数据的暴露方式使用无线传输的方式，这种方式因为能够消除通信传输方面的限制而成为了非常重要的一部分。
在通信传输方面，可以选择Lora/NB-IoT/4G等多种通信方式，以达到不同的使用需求。
三、智能气象站的应用场合和推广前景智能气象站在很多领域都有应用的推广和发展前景。
随着气象数据收集的要求和预测精度的提高，智能气象站的性能和可应用性也将不断增加。
下面主要介绍几个应用场合：1. 农业领域在现代农业中，天气和气象数据在农作物生长和收成过程中都扮演着非常重要的角色。
可以使用智能气象站来监测周围的气温和气候状况，以更好地引导农民的种植和收成，提高农业生产的效率。
2. 航空领域在航空领域中，智能气象站可以用来监测飞机起飞和降落的天气情况。
可以通过分析呈现的气象数据来预测和判断恶劣天气的时机和影响程度，为机组和地面的管理者提供有用的信息支持。
智能化天气预报系统的设计与实现随着科技的不断进步发展，智能化已经成为各个行业的重要发展方向之一。
天气预报系统是其中之一，在这个领域里，智能化的天气预报系统已经成为了必要的趋势。
这篇文章将介绍智能化天气预报系统的设计与实现。
一. 系统总体设计智能化天气预报系统是基于现有的气象数据、人工智能算法以及通信技术等结合而成的。
它的设计需要考虑多方面的因素，包括系统架构、数据采集、算法实现、用户交互等等。
1. 系统架构系统的架构应该保证稳定、安全、快速。
在系统的设计阶段，需要考虑到整体的可扩展性，并确定系统的数据流程图，以及各个模块之间的关系。
同时，需要对系统进行合理的分层，保证系统各个组件之间的协调性和合理性。
2. 数据采集系统的数据采集部分是整个系统的基础，因此重要性不可小觑。
气象数据的准确性和及时性对系统的预测结果有着至关重要的影响。
在采集数据的过程中，系统需要考虑到数据的来源、数据质量和数据的实时性等。
3. 算法实现系统的算法包括气象预测算法和人工智能算法。
气象预测算法需要提高模型的准确性和精度，从而得出更加准确的预测结果。
人工智能算法包括深度学习、机器学习等，需要对气象数据进行处理和分析，从而直接或间接地提高预测结果的准确性和精度。
4. 用户交互用户交互是智能化天气预报系统的重要组成部分，也是用户体验的关键。
对于用户而言，他们关心的是预测结果的准确性和预报的方便性。
因此，在设计用户界面时，需要保证用户交互体验良好，同时在合适的地方提供用户操作提示。
对于预报科学家，他们关注的是数据质量和算法优化。
因此，在设计界面时也可以提供更多的数据分析工具，让预报科学家可以更加方便的进行数据分析和算法优化。
二. 系统实现在系统实现阶段，需要针对系统的各个模块进行具体的实现。
系统的实现需要兼顾用户的需求和预报质量的要求。
1. 数据采集数据采集需要采用多种数据源，包括气象测站数据、卫星数据、雷达数据等。
为了提高数据质量和预报准确性，系统需要对数据质量进行精细处理，并且实时更新数据。
第48卷第6期 2020年12月气象科技M E T E O R O L O G I C A L S C I E N C E A N D T E C H N O L O G YVol . 48,No . 6 Dec . 2020基于NB -I 〇T 技术的小型自动气象站监测系统设计张李元1左少华2’3江锦春〃(1华东师范大学通信与电子工程学院.上海200241; 2华东师范大学物理与电子科学学院，上海200241;3华东师范大学物理与电子科学学院纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心•上海200062)摘要针对传统气象站通信组网技术复杂度高、建站成本高、时效性差、功耗高等缺点.设计了一种基于N B -I 〇T 技 术的小型自动气象站监测系统.该系统主要由气象传感设备、单站控制器及物联网云平台组成。
该系统以低功耗C o r t er-M 3内核的ST M 32L 152微控制芯片为硬件核心，依托气象传感器设备，实现气象要素数据的采集和处理；利用NB -lo T 技术实现气象站和云端服务器之间的数据传输；利用RESTful A P I 和MySQL 技术.实现用户交互、 远程终端控制、数据存储、数据显示、数据分析、数据查询等功能。
测试结果表明，该系统建站简单、功耗低、数据传 输稳定，可实现对气象要素的远程实时监测。
关键词 NB -IoT ;小型自动气象站；STM 32U 52;物联网云平台中图分类号：P 409，TN 929.5，TP 274.2 1)01： 10. 19517/j . 1671-6345. 20190327 文献标识码：A通常需要较小的数据量1:: 1。
L P W A N (低功率广域 网）是一种低功耗广域网.专为低带宽，低功耗，长距 离和大规模连接的物联网应用而设计。
L P W A N 可以使用未许可频谱，也可使用2G /3G /4G 蜂窝许 可资源。
在I .P W A N 技术中，由第3代合作伙伴计 戈i j (3G P P )标准组织提出的N B -I 〇T 已被广泛认为 是最有前途的L P W A N 技术之一。
基于智能化的气象预测与应急响应系统设计随着科技的不断进步和应用，智能化已经深入到各行各业，气象预测和应急响应也不例外。
基于智能化的气象预测和应急响应系统设计，已经成为未来气象服务不可或缺的一部分。
1. 智能气象预测系统的构成智能气象预测系统由传感器网络、数据处理和分析、预测模型、人工智能技术等模块组成。
传感器网络通过获取气象要素并按照一定的时间间隔上传到数据处理和分析模块。
数据处理和分析模块对接收到的数据进行质量控制、标定、插值等操作，计算出更加精确的气象要素。
预测模型根据处理和分析后的数据进行气象预测，并形成有关天气的预报结果。
人工智能技术可以实现模型的自适应、优化、学习等操作，提高气象预测的准确率和时效性。
2. 智能气象预测系统的应用场景智能气象预测系统的应用场景主要是在对海洋工程、水资源管理、航空航天、气象科学等领域的气象需要进行预测和分析的场合。
以航空航天为例，智能气象预测系统可以在飞机起飞前对空气动力学和飝行安全进行预测，减少事故率。
3. 智能应急响应系统的构成智能应急响应系统由灾害监测、快速响应、信息发布和指挥调度等模块组成。
灾害监测模块通过安装传感器网络实时监测气象变化，包括风力、降雨量、温度等指标。
快速响应模块在发现灾害后，通过人工智能技术迅速调度应急队伍做好灾害处理。
信息发布模块对外发布灾害信息，向即将进入受灾区域的人员发布预警信息，引导大家采取防御措施。
指挥调度模块是对于应急响应和救援工作的具体指挥调度和管理。
4. 智能应急响应系统的应用场景智能应急响应系统的应用场景主要是在对灾害和危机事件进行应对和处置的场合。
在南亚地区的洪涝灾害中，应急响应系统发挥了巨大的作用，及时提醒民众采取应对措施，并通过快速响应将有关救援队伍迅速投入到灾害抢救和救援中。
总之，智能化气象预测和应急响应系统是未来气象服务的重要组成部分，可以减少气象灾害造成的损失和危害，并提高气象服务效率和水平。
蓝牙技术在自动气象站上的应用摘要介绍了自动气象站硬件组成结构及其功能,总结了蓝牙技术的特点,并阐述了蓝牙技术在自动气象站上应用的意义。
关键词蓝牙技术;自动气象站;应用随着科学技术的发展,宁夏回族自治区原始的人工地面气象观测方式已被自动气象站所替代。
自动气象观测站有其得天独厚的优越性:提高了常规气象观测的时、空密度;改善了观测质量和可靠性;保证了观测的可比性要求;改善了观测业务条件;降低了观测业务成本。
但是要想很好地体现这些优点,组建自动气象站网,必须使用大量电缆线来实现。
在连接过程中,接线方式复杂,造成线路隐患多;结构固定,缺乏灵活性,占地面积较大,难免会出现一系列的问题阻碍数据及时实时传输,给业务工作带来诸多不便[1]。
为了提高系统的可靠性、稳定性、可操作性,笔者构想将一种新型的短距离无线通信技术——蓝牙技术,应用于自动气象站上。
通过新型的蓝牙技术以“无线替代电缆”,从而实现数据传输的准确性和高效性。
1自动气象站1.1自动气象站的硬件组成结构根据世界气象组织《气象仪器和观测方法指南》(第六版)中对硬件组成的描述,典型的自动气象站一般包括传感器、采集器和外部设备3个部分(图1)。
1.2自动气象站的主要功能主要功能包括:数据采集功能、处理功能、存储功能和传输功能[2]。
数据采集功能就是采集要观测的气象要素值;数据处理功能即将采集到的代表气象要素(如气温)的电量信号值(电压或电流采集值)经运算处理转换成要观测的气象要素值(如气温采样值和气温观测值);数据存储功能即将经处理获得的各气象要素采样值(或)气象要素观测值按规定的数据格式存储在存储器中;数据传输功能即将各种观测数据按规定格式编制成数据文件、报文,通过采集器通信接口将观测数据传送给连接的终端设备,也可经连接的各种通信传输设备传送给指定用户。
2蓝牙技术的特点蓝牙(Bluetooth)技术是一种近距离无线通信标准,于1998年5月由爱立信、英特尔、诺基亚、东芝和IBM等五大公司组成的特殊利益集团SIG(Special Internet Group)联合制定。
基于蓝牙技术的全自动气象站无线通信方案
李洋;王晓蕾
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】介绍了蓝牙技术的基本概念,并基于蓝牙技术的无线收发芯片nRF401的特点、内部结构与参数,论述了以nRF401为核心器件的全自动气象站数据采集的无线通讯接口设计方案.
【总页数】3页(P65-67)
【作者】李洋;王晓蕾
【作者单位】解放军理工大学气象学院,江苏,南京,210012;解放军理工大学气象学院,江苏,南京,210012
【正文语种】中文
【中图分类】P4
【相关文献】
1.基于LTE-R的CTCS-3级列控系统车地无线通信方案研究 [J], 于瑶佳; 刘艳兵; 蒋文怡
2.基于LoRa技术的远程无线通信方案的设计与实现 [J], 朱自强;姜作喜;彭巍巍
3.基于LTE技术的高铁无线通信方案 [J], 王梣泂
4.基于微功率无线通信技术的农排表通信方案与仿真研究 [J], 李飞;王鸿玺;唐如意;孙冲;张琳;高波;武超飞
5.基于LTE-M的互联互通全自动运行系统车地安全通信方案研究 [J], 高雪娟;雷成健;刘泽
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基于低功耗蓝牙BLE的联网天气预报系统研究发布时间：2023-01-15T09:06:52.620Z 来源：《中国科技信息》2022年9月17期作者：凌云、王军昂、吴凯枫、王赛[导读] 随着蓝牙网关和蓝牙物联网在工业、数字环境检测等领域不断发展，万物互联的思想深入广大智能家居爱好者的喜爱凌云、王军昂、吴凯枫、王赛南京信息工程大学江苏省南京市 210044摘要：随着蓝牙网关和蓝牙物联网在工业、数字环境检测等领域不断发展，万物互联的思想深入广大智能家居爱好者的喜爱。
我国是个农业大国，对于天气的变化情况尤为重视，同时伴随着全球气候的变化,极端恶劣天气时有发生，因此当今的人们对于能够预知未来天气情况的电子产品充满热爱。
本设计基于低功耗蓝牙通信、WiFi联网，结合C++、PHP等编程语言，以嵌入式系统设计学为学科指导，基于cortex-M4架构的SAMD51微控制器为硬件开发平台的载体，完成了本次设计平台的搭建和实现。
关键词：BLE；物联网；嵌入式；天气预报；C++；PHP0引言随着近些年的5g技术的全球推广和国内民众对于智能家居电子产品的热爱，在这种智能时代的趋势下,使得形形色色的功能多样化的电子家居产品出现在市场上。
其中在这个佛山市盈之创广告策划有限公司的"CN201710808539.3”的产品设计中，文档表明采用传统的无线模块、温度控制模块虽然也具备天气预报的功能，但并没有体验出与当今5G物联网的技术也不具备未来几天天气的预报功能,。
基于这一背景,本发明采用德捷电子公司的一款基于SAMD51 的微控制器作为开发平台通过配合低功耗蓝牙BLE、WIFI可以自动联网来解析网络上未来三天的天气数据显示在屏幕上,并伴随着温湿度、空气质量的实时状态和光敏感应功能。
1 设计原理1.1 低功耗蓝牙技术BLE无线通信技术是为低功耗操作而设计的。
它在2.4 GHz工业、科学和医疗(ISM)频段内工作. 2.402 GHz至2.48 GHz。
泉州师范学院毕业论文（设计）题目基于蓝牙技术的智能气象站系统设计The Design of Intelligent Weather Station System based on Blootooch Technology物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业07级1 班学生姓名学号指导教师职称副教授完成日期2011年4月15 日教务处制基于蓝牙技术的智能气象站系统设计物理与信息工程学院07级电子信息科学与技术指导教师副教授【摘要】一种基于HC-06蓝牙模块的智能气象站系统，系统采用STC系列单片机控制，以DHT21温湿度传感器和根据时差法原理的超声波传感器实现对环境的温湿度和风速风向进行采集，并通过蓝牙无线传输到接收模块将温湿度和风向风速数据显示在LCD1602上。
DHT21数字温湿度传感器数据线为单总线；超声波测风模块通过单片机发射40kHz的脉冲信号，应用CD4052选通发射与接收回路。
【关键词】STC89C52 HC-06蓝牙模块DHT21 超声波传感器智能气象站目录第一章引言 (4)本设计的背景 (4)本设计的系统方案 (4)1.2.1 系统的功能实现 (4)1.2.2 系统的技术实现 (4)第二章气象站系统的组成框图 (5)气象站发送模块框图 (5)气象站接收模块框图 (6)第三章气象站系统硬件设计 (6)发送与接收模块的单片机最小系统 (6)发送与接收模块的无线通信模块——HC-06蓝牙模块 (7)3.2.1 蓝牙技术简介 (7)3.2.2 HC-06蓝牙模块部分电路 (7)DHT21数字温湿度传感器 (8)3.3.1 DHT21简介 (8)超声波风速风向传感器及其电路部分 (10)3.4.1超声波风速风向传感器原理 (10)3.4.2超声波风速风向传感器电路组成原理 (12)3.4.3超声波测风方案设计论证 (15)气象站系统的报警模块 (16)气象站系统的电源部分 (16)发送与接收模块的MAX232串口电路 (17)接收模块显示电路 (17)第四章气象站系统的软件设计 (18)气象站系统的主程序流程 (18)系统子程序流程图 (19)4.2.1发送模块DHT21温湿度子程序流程图 (19)4.2.2发送模块超声波测风子程序 (20)4.2.3接收模块LCD1602显示程序 (21)4.2.4报警子程序 (22)第五章气象站系统调试 (22)第六章总结 (23)致谢 (24)参考文献 (24)附录 (25)附录1 发送模块原理图 (25)附录2 接收模块原理图 (26)附录3 发送模块PCB图 (26)附录4接收模块PCB图 (27)附录5 系统程序 (27)第一章引言本设计的背景温度、湿度、风速、风向等气象条件与生产生活密切相关，如果采用人工进行定时监测，不仅浪费大量的人力，而且不能做到实时监控；如果采用有线测控系统则需要铺设光缆或电缆，这样不但增加了成本，而且降低了系统的灵活性和可扩展性，还具有线路多、布线复杂、维护困难等缺点，使用区域也有一定的局限性。
针对上述的问题，提出了采用传感器技术、自动控制技术和无线蓝牙技术相结合的智能气象站系统对环境气象进行实时监测。
与多种无线通信技术[1]相比，蓝牙技术具有应用广泛性，传输速率高，穿透性强，低功耗及准确性等优点。
机械式风向风速传感器因其易损坏、精度不高等缺点，而逐渐被更优良的传感器所代替，其中基于时差法的超声波风速风向传感器就是其中之一。
本设计的系统方案1.2.1 系统的功能实现通过温湿度及风速风向传感器采集环境的温湿度、风速风向信号，将信号处理然后通过无线传输到距离十多米的地方进行显示，实现实时监测环境的温度、湿度、风向和风速，给人们生产生活提供环境气象参数，从而合理的安排生产生活。
1.2.2 系统的技术实现数字温湿度传感器，内部包含一个电容式感湿元件和NTC测温元件，还有A/D转换模块，实现温湿度数字信号输出。
同时DHT21又是单总线形式，与单片机相连减少了I/O口的使用。
2.超声波测风模块，根据时差法原理，在一定距离下分别测量超声波的逆风和顺风传输时间，然后通过公式求解风速的大小。
然后分别测得两个垂直方向的风速，再通过公式计算出此时的风向。
理论上风速测量范围可以通过调整传感器的距离而改变。
3.采用STC89C52单片机控制单元[2]，产品较为普遍，价格便宜，易于控制。
对STC89C52用C 语言编写程序，可读性较好。
4.无线通信采用全球广泛使用的蓝牙技术，本设计采用HC-06蓝牙模块，该模块可实现十米的无线数据传输。
液晶显示器为工业字符型液晶，能够显示32个字符，可实现对数据进行简单显示。
第二章 气象站系统的组成框图气象站系统分为发送和接收两个模块：发送模块主要由温湿度采集模块、风速风向采集模块、单片机控制模块、蓝牙发送模块、报警模块和电源模块等组成；接收模块主要由蓝牙接收模块、单片机控制模块、液晶显示模块、电源模块和报警模块等组成。
具体框图如下：气象站发送模块框图信号采集发送过程[3]为DHT21、超声波测风模块[4]将信号传给STC89C52单片机，单片机将信号处理，并进行超温湿度、风速报警。
处理后的信号经串口发送给HC-06蓝牙发射模块发射出去，采用全球免费波段。
气象站接收模块框图信号接收过程为HC-06蓝牙接收模块接收信号，将信号通过串口传输给STC89C52单片机处理，如果超过温湿度、风速上限，将控制报警器报警。
处理后的信号通过LCD1602液晶显示。
第三章 气象站系统硬件设计发送与接收模块的单片机最小系统本系统采用MCS-51系列STC89C52单片机芯片[5]作为发送与接收模块的控制单元，芯片具有如下特点：（1） 抗干扰性强；（2） 低价格；（3） 低功耗：掉电模式耗电低于，正常工作模式为4mA ～7mA ，掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统；（4） 处理速度快，最高主频为90MHZ ；（5） 通过MAX232电平转换芯片即可进行下载，编程方式灵活，可用C 语言进行编写，可读性强，8KB 的内部ROM 增强编程方便性。
发送与接收模块的控制单元电路原理图如图：图 STC89C52单片机最小系统图中间部分为STC89C52芯片，该芯片采用40脚双列直插DIP封装，第40脚接+5V电源，第20脚接地，左上部分为复位电路，接单片机的第9脚，但按下键时即对系统进行复位。
左下为晶振电路，采用的晶振。
第31脚接高电平。
发送与接收模块的无线通信模块——HC-06蓝牙模块3.2.1 蓝牙技术简介蓝牙技术[6]是一种近距离地保证可靠接收和信息安全的无线通信技术。
于1998年5月由爱立信、英特尔、诺基亚、东芝和IBM等五大公司组成的SIG（Special Internet Group）联合制定的标准。
蓝牙技术工作在全球通用的频段，数据传输速率为1Mbps。
蓝牙技术特点[7]：（1）完好的替代功能：蓝牙所用的无线通道像有线电缆一样准确无误地发送和接收数据；（2）信息安全性高：蓝牙技术采用跳频技术能很好的保证信息的安全性；（3）承载能力强：同时连接多个设备，支持不同类型（如声音和数据）的信息的发送与接收；（4）超低功耗：设备可用电池供电；（5）致密性高：蓝牙芯片内部结构复杂但体积小；（6）全球通用。
3.2.2 HC-06蓝牙模块部分电路HC-06蓝牙模块[8,9,10]主要性能参数：（1）频率： ISM band（2）调制方式：GFSK（3）发射功率等级：class2（4）灵敏度：≦-80dBm（5）通信速率：2Mbps（6）供电电源：（7）工作温度：-20 ~+55℃HC-06蓝牙模块部分电路图如图3.2.1：图3.2.1 HC-06蓝牙模块部分电路图左边部分为蓝牙芯片，其TX与RX引脚分别接STC89C52的RXD和TXD（），PIO1接LED灯，当LED常亮时表示蓝牙数据开始传输。
右上部分为电源+5V转为+电路。
HC-06蓝牙模块实物如图3.2.2：图3.2.2 HC-06蓝牙模块DHT21数字温湿度传感器3.3.1 DHT21简介DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包含一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能的8位单片机相连。
因此该传感器响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。
单总线串行接口，使系统变得简单快捷。
超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。
传感器为4针测量范围精度分辨力湿度（0—100）% ±3% %温度（-20—60）℃±1℃0.1℃表3.3.1 性能指标DHT21引脚图如图3.3.1。
本设计将1脚接电源+5V，2接STC89C52的I/O口，3脚接地。
图3.3.1DHT21为单总线数据输出口，如图3.3.1,1脚接电源+5V，2脚接数据线，3脚接地，4脚置空。
DATA用于与单片机进行通信和同步，数据格式为：40bit数据=16bit湿度数据+16bit 温度数据+8bit校验和，湿度高8位+湿度低8位+温度高8为+温度低8位=校验和，当温度低于0℃时，温度数据的最高位置1。
DHT21与单片机数据传送过程如图。
图3.3.2空闲时总线为高电平，通信开始时单片机拉低总线500μs后释放总线，延时20 40μs 后单片机开始检测DHT21的响应信号；从机的响应信号时一个80μs左右的低电平，随后主机再拉高总线80μs左右代表即将进入数据传送状态，如图3.3.3。
图3.3.3高电平后就是数据位，每1bit数据都是由一个低电平时隙和一个高电平组成，低电平表示数据的起始，其后的高电平表示数据位。
数字1信号表示方法如图3.3.4。
图3.3.4数字0信号表示方法如图3.3.5。
图3.3.5一次传送共40bit数据，当传送完最后一位数据后，DHT21拉低总线50μs左右，随后释放总线，由上拉电阻拉高总线。
DHT21实物如图3.3.6。
图3.3.6 DHT21数字温湿度传感器超声波风速风向传感器及其电路部分3.4.1超声波风速风向传感器原理超声波在空气中传播时，顺风与逆风条件下存在速度差。
当传播距离固定时，此速度差反映为时间差[11]。
如图3.4.1，选定一对超声波收发传感器，在无风条件下超声波的风速为s v，假设风速为w v，图3.4.1则超声波在顺风下速度12v=sv+wv，逆风则为21v=sv-wv。
设超声波顺风传播时间为12t，逆风传播时间为21t，超声波收发距离为d。
得：1221s ws wdv vtdv vt⎧=+⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩求解方程得：1221112wdvt t⎛⎫=-⎪⎝⎭（1）由此求得一维的风速，当在垂直方向再放置一对超声波收发传感器时，可测得二维的风速，如图3.4.2所示，假设1、2方向所测的风速为,w xv，3、4方向所测的风速为,w yv，则风速图3.4.222,,w w x w yv v v=+221221344311112wdvt t t t⎛⎫⎛⎫=-+-⎪⎪⎝⎭⎝⎭（2）假设,w x v 与w v 之间的夹角为θ，又,cos w x wv v θ=，所以θ= （3）随着风从0º~360º的变化，θ=122134431221344312213443120;1;1;k t t t t k t t t t k k t t t t k t ππ+≤≤=>>=-≥≤= 当且时， 当且时， 当且时， 当213443 2.t t t k ⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪<>=⎩且时， （4）所以只要测得12t 、21t 、34t 、43t 的值便可求出风速、风向的大小。
