本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于樹莓派的氣象數(shù)據(jù)收集及預(yù)報(bào)裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的小型氣象站廣泛應(yīng)用于氣象、農(nóng)業(yè)，檢測氣象變化對(duì)農(nóng)作物的影響，科學(xué)管理農(nóng)田種植，小型氣象站是農(nóng)業(yè)局、中科院、土肥站、高等院校專用的設(shè)備，適合標(biāo)準(zhǔn)良田、節(jié)水灌溉項(xiàng)目等。采集氣象要素并通過配套的數(shù)據(jù)采集通訊線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笥?jì)算機(jī)氣象數(shù)據(jù)庫中，用于統(tǒng)計(jì)分析和處理。這類專用的小型氣象站往往價(jià)格不菲，而且數(shù)據(jù)處理必須使用計(jì)算機(jī)，配套的專業(yè)軟件授權(quán)費(fèi)用也較高，整體方案的成本相當(dāng)高。另外還有一些小型氣象站提供基本的氣象數(shù)據(jù)采集和顯示功能，提供給有一定需求的個(gè)人用戶，但只有基本的功能，無法進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供一種基于樹莓派的氣象數(shù)據(jù)收集及預(yù)報(bào)裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種基于樹莓派的氣象數(shù)據(jù)收集及預(yù)報(bào)裝置，包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)通過無線與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)相連；其中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括藍(lán)牙低功耗soc模塊及均與藍(lán)牙低功耗soc模塊相連的gps模塊、電源模塊、溫濕度傳感器模塊、氣壓傳感器模塊和風(fēng)力傳感器模塊；所述數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)為樹莓派單元。

進(jìn)一步的，所述gps模塊提供采集節(jié)點(diǎn)的地理位置信息。

進(jìn)一步的，所述藍(lán)牙低功耗soc模塊和樹莓派單元之間采用藍(lán)牙低功耗(ble)協(xié)議進(jìn)行通信。

進(jìn)一步的，所述溫濕度傳感器模塊能實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫濕度，并輸出信號(hào)給藍(lán)牙低功耗soc模塊。

進(jìn)一步的，所述氣壓傳感器模塊能實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境氣壓大小，并輸出信號(hào)給藍(lán)牙低功耗soc模塊。

進(jìn)一步的，所述風(fēng)力傳感器模塊能實(shí)時(shí)檢測風(fēng)向和風(fēng)力大小，并輸出信號(hào)給藍(lán)牙低功耗soc模塊。

進(jìn)一步的，所述藍(lán)牙低功耗soc模塊采用nrf51822芯片。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明所述的基于樹莓派的氣象數(shù)據(jù)收集及預(yù)報(bào)裝置，由于采用了樹莓派替換個(gè)人計(jì)算機(jī)作為處理單元，降低了成本，而且樹莓派和其他微型計(jì)算機(jī)相比，有著更豐富的軟件環(huán)境和較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力，無論是從易用性、可擴(kuò)展性、性能方面都更加強(qiáng)，易于進(jìn)行個(gè)性定制。

附圖說明

圖1是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的組成部分和通信示意圖；

圖2是數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的組成部分和通信示意圖；

圖3是多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)組成的星型網(wǎng)絡(luò)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，一種基于樹莓派的氣象數(shù)據(jù)收集及預(yù)報(bào)裝置，包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)通過無線與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)相連；其中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括藍(lán)牙低功耗soc模塊及均與藍(lán)牙低功耗soc模塊相連的gps模塊、電源模塊、溫濕度傳感器模塊、氣壓傳感器模塊和風(fēng)力傳感器模塊；所述數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)為樹莓派單元。

所述電源模塊采用5v堿性電池，但不限于此。

所述gps模塊(1)提供采集節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，所述gps模塊優(yōu)先采用neo-m8n模塊，采用uart串口通信方式，但不限于此。

所述藍(lán)牙低功耗soc模塊和樹莓派單元之間采用藍(lán)牙低功耗(ble)協(xié)議進(jìn)行通信。

所述溫濕度傳感器模塊能實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫濕度，并輸出信號(hào)給藍(lán)牙低功耗soc模塊；所述溫濕度傳感器模塊優(yōu)先采用sht11溫濕度傳感器，其電源采用紐扣電池供電，包括一個(gè)電阻式感元件和一個(gè)ntc測溫元件，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出，其與所述藍(lán)牙低功耗soc模塊利用二線串行數(shù)字接口進(jìn)行通信，data數(shù)據(jù)線外接上拉電阻，電源和地之間加100nf去耦電容；時(shí)鐘線sck用于和soc和sht11之間通信同步。

所述氣壓傳感器模塊能實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境氣壓大小，并輸出信號(hào)給藍(lán)牙低功耗soc模塊。所述氣壓傳感器模塊優(yōu)先采用bosch公司的smp280壓力傳感器，絕對(duì)精度可以達(dá)到0.2pa，耗電極低，采用8-pin封裝，可以通過i2c和spi總線傳送數(shù)據(jù)。

所述風(fēng)力傳感器模塊能實(shí)時(shí)檢測風(fēng)向和風(fēng)力大小，并輸出信號(hào)給藍(lán)牙低功耗soc模塊。所述風(fēng)力傳感器模塊優(yōu)先采用微型磁傳感器式風(fēng)速計(jì)，將空氣流速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，具有供電電壓低的特點(diǎn)。

所述藍(lán)牙低功耗soc模塊片內(nèi)支持ble協(xié)議的2.4ghz的射頻收發(fā)器，軟件可編程輸出功率，具有adc、spi、uart部分。所述藍(lán)牙低功耗soc模塊優(yōu)先采用nrf51822芯片，具有低功耗內(nèi)核，集成度高，體積小等優(yōu)勢。如附圖1所示，通過uart串口與gps模塊通信；通過二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器模塊進(jìn)行通信；通過spi總線和氣壓傳感器模塊進(jìn)行通信；通過adc模塊采集風(fēng)力傳感器輸出的模擬電信號(hào)進(jìn)行通信。通過支持藍(lán)牙低功耗(ble)的2.4ghz射頻收發(fā)器與樹莓派處理單元通信。

如附圖2，所述樹莓派單元接收到數(shù)據(jù)后，用于天氣預(yù)報(bào)的算法采用樸素貝葉斯的分類算法，具體如將天氣分為晴、多云、陰、雨等，分別用w1,w2,w3,w4表示；將濕度分為1,2,3級(jí)表示為h1,h2,h3；將溫度分為1,2,3級(jí)表示為t1,t2,t3；將氣壓分為1,2,3級(jí)表示為p1,p2,p3。根據(jù)樸素貝葉斯的統(tǒng)計(jì)理論，將收集到的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)力作為影響天氣的因素，并假定它們是互不相關(guān)的，根據(jù)先驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分類，從而達(dá)到預(yù)測天氣。所述樹莓派單元可采用搭建smtp(簡單郵件傳輸協(xié)議)服務(wù)器的方式，通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和預(yù)測結(jié)果定時(shí)通過郵件發(fā)送給用戶指定的郵箱。

如附圖3，多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)可以和數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)組成星型網(wǎng)絡(luò)。以數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)為中心，可通過藍(lán)牙低功耗協(xié)議與每一個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并行的信息傳輸。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于樹莓派的氣象數(shù)據(jù)收集及預(yù)報(bào)裝置，本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)通過無線與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)相連；其中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括藍(lán)牙低功耗SoC模塊及均與藍(lán)牙低功耗SoC模塊相連的GPS模塊、電源模塊、溫濕度傳感器模塊、氣壓傳感器模塊和風(fēng)力傳感器模塊；所述數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)為樹莓派單元。本發(fā)明具有成本低，數(shù)據(jù)分析能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭濟(jì)元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.22
技術(shù)公布日：2017.07.25