蓝牙技术在自动气象站上的应用

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。

SIG推出蓝牙技术的目的在于实现最高传输速率1 Mbps(有效传播速率为721 kbps),最大传输距离为10 m的无线通信,并形成世界统一的近距离无线通信标准。

蓝牙技术可提供低成本、低功耗的无线接入方式,被认为是近
年来无线数据通信领域重大的进展之一[3]。

蓝牙技术工作在全球通用的2.4 GHz ISM(I-工业;S-科学;M-医学)频段,数据传输速率为1 Mbps。

从理论上讲,以2.4 GHz ISM频段运行的技术能够使相距30 m以内的仪器设备相互间成功实现无线连接,数据传输速率可达到2 Mbps。

蓝牙技术采用了“即插即用”概念,即任意一个采用了蓝牙技术的仪器设备(简称“蓝牙设备”),一旦搜寻到另一个蓝牙设备,就可马上建立联系,而无需用户进行任何设置。

另外,蓝牙技术支持点对点和一点对多点的无线通信。

从目前的应用来看,由于蓝牙在小体积和低功耗方面的突出表现,它几乎可以被集成到任何的数字设备之中,特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。

蓝牙技术标准制定的目标为:①全球范围适用;②可同时传输语音和数据;③可以建立临时性对等连接;④具有很好的抗干扰能力;⑤具有很小的体积,以便集成到各种设备中;⑥微小的功耗;⑦开放的接口标准;⑧低成本,使得设备在集成了蓝牙技术之后只需增加很少的费用。

蓝牙技术可以在短距离内用无线接口来代替有线连接,因而可以取代现场仪器之间的复杂连线,这对于需要采集大量数据的测控场合非常有用。

因此,将这种技术应用在自动气象站中非常适用。

在设计过程中将各气象要素传感器、自动气象站数据采集设备(采集器)集成单独的蓝牙芯片,或者采用具有蓝牙芯片的单片机提供蓝牙数据接口。

在数据传输过程时,这种设备就可以迅速地将各气象传感器中的数据传输到采集器中,再将采集到的数据传送到附近的数据处理装置如微机中。

这样,不仅避免了在现场铺设、检查、校对大量复杂连线,而且不会发生因接线可能存在的错误而造成数据传输的失误。

与传统的电缆传输数据方式相比,在自动气象站中应用蓝牙技术的优点主要表现在:①抗干扰能力强,自动气象观测场所数据经常遇到大量的电磁干扰,而蓝牙系统因采用了调频扩频技术,故可以有效地提高数据传输的安全性和抗干扰能力;②无需铺设缆线,降低了环境改造成本,方便了地面气象测报业务人员的工作;③没有方向上的限制,可以从各个角度进行数据的传输。

可以实现多个仪器设备间的联网,便于进行集中监测与控制。

3蓝牙技术在自动气象站上应用的意义
随着信息技术和数字技术的发展,特别是对Internet和多媒体通信技术需求的增长,通信技术的发展主要集中在宽带通信网络和无线通信领域。

而蓝牙技术解决了通信中“最后十米”的问题。

蓝牙技术具有一整套全新的协议,可以应用于更多的场合,更适合应用于现在自动气象站的发展上。

蓝牙技术中的跳频更快,因而更加稳定,同时它还具有低功耗、低代价和比较灵活等特点[4]。

虽然目前这些技术还处于并存状态,有可能引起干扰等问题,但从长远看,随着产品与市场的不断发展,它们将走向融合,而其中最有竞争力的就是蓝牙技术。

因此,在现代自动气象发展过程中进行蓝牙技术传输的研究,具有很好的实际指导意义,符合通信领域的技术发展趋势。

对自动气象站数据传输来说,这更是个难得的机会。

虽然现在蓝牙技术还不能说尽善尽美,但它的优势已经相当的明显,而且蓝牙产品设计本身相对简单。

有专家认为:蓝牙技
术是一种真正可以实现廉价的无线传输梦想的方案。

4参考文献
[1] 朱刚,谈振辉.蓝牙技术原理与协议[M].北京:北方交通大学出版社,2002.
[2] 金纯,许光辰,孙睿.蓝牙技术[M].北京:电子工业出版社,2001.
[3] 张禄林,雷春娟,朗晓虹.蓝牙协议及其实现[M].北京:人民邮电出版社,2001.
[4] 中国人民解放军总参谋部气象局.军用地面气象仪器教程[M].北京:解放军出版社,2003.。