分布式太阳能自动气象监测系统研究及其应用

【摘要】： 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,人们越来越关注自身的生存环境和周围天气条件;在偏僻的原始森林或人迹罕至的雪域高原,传统的气象监测系统存在着布线困难、远距离数据传输不准确和费用昂贵等问题。相比之下,基于GPRS的分布式太阳能自动气象监测系统能够很好地解决这些问题,该系统通信稳定、数据可靠。 本文对自动气象监测系统的理论和实践进行了研究,研制出气象监测系统样机;本文主要研究了四个方面内容:监测系统总体方案的确定,终端硬件的设计与实现,监控中心应用软件的开发以及该系统在电力线覆冰监测方面的应用研究。 首先根据实际需求,提出监测系统数据采集性能指标,分析了GPRS特点和四种常用的组网方案,并确定气象监测系统总体研究方案。其次设计了风速风向变送器电路和振动式防盗报警电路,开发了图像采集系统,对串口视频摄像头的选用原则和通信协议进行研究,图像采集系统运行正常。针对气象监测地点不确定的特点,提出了GPRS无线通信与太阳能供电技术相结合的解决方案。 然后论述了系统软件的功能要求和性能要求,实现了对于气象数据实时显示、动画同步显示、历史数据查询和报警记录等功能;并能对天气异常情况发出预报,完成了图像采集系统的软件设计,并实现远程串口视频监测。 最后将本系统应用于电力系统电力线的覆冰监测中,对覆冰的基本概念和危害进行了阐述,设计了气象传感器与智能采集模块的接口及GPRS模块与上位机的通讯系统,接着提出了基于BP神经网络的覆冰预报算法,分析了南方电网覆冰监测实例,验证了覆冰预报算法的准确性。 经实际运行表明,本系统可以满足自动气象监测的需求,而且在电力系统覆冰监测方面体现出较好的性能,具有广阔的应用前景,它的应用和推广具有很好的社会与经济效益。 【关键词】：气象监测 GPRS 串口视频摄像 覆冰预报 BP神经网络
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P415.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的来源10
• 1.2 课题的研究目的和意义10-11
• 1.3 国内外自动气象监测系统的发展现状11-16
• 1.3.1 国外发展现状11-12
• 1.3.2 国内发展现状12-15
• 1.3.3 国内和国外发展现状的分析15-16
• 1.4 本系统研究所面临的问题16-17
• 1.5 主要研究内容17-18
• 第2章 系统整体架构和GPRS组网方案18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 自动气象站数据采集性能指标18
• 2.3 系统总体方案的研究18-20
• 2.4 GPRS概述及其业务特点20-22
• 2.4.1 GPRS概述20
• 2.4.2 GPRS业务的优点20-21
• 2.4.3 GPRS网络的特点21-22
• 2.5 系统组网方案拟定22-24
• 2.5.1 GPRS基本组网方案22-23
• 2.5.2 系统组网方案的确定23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 终端硬件系统的设计与实现25-40
• 3.1 引言25
• 3.2 终端功能模块25-28
• 3.2.1 气象传感器25-27
• 3.2.2 通用模拟量智能采集模块27-28
• 3.2.3 GPRS无线通信模块28
• 3.3 主要硬件电路的设计28-31
• 3.3.1 4～20m A风速风向变送器电路的设计28-30
• 3.3.2 振动式防盗报警电路的设计30-31
• 3.4 图像采集系统的设计31-36
• 3.4.1 串口视频数码摄像头的选择31-32
• 3.4.2 串行通信32-33
• 3.4.3 串口视频摄像头的工作过程33-34
• 3.4.4 帧头和帧尾的处理34-35
• 3.4.5 串口视频摄像头的通信协议35-36
• 3.5 太阳能供电系统的设计36-39
• 3.5.1 蓄电池容量的计算37
• 3.5.2 太阳电池板的选择37-38
• 3.5.3 太阳能控制器的选择38-39
• 3.5.4 蓄电池的防寒措施39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 自动气象监测系统应用软件的开发40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 系统软件的功能要求40-43
• 4.2.1 系统管理功能40-41
• 4.2.2 系统设置功能41
• 4.2.3 系统摄像功能41-42
• 4.2.4 查询功能42
• 4.2.5 维护功能42-43
• 4.3 系统软件的性能要求43
• 4.4 应用软件的开发过程43-46
• 4.4.1 监控系统应用软件结构43-44
• 4.4.2 按钮宏指令44-45
• 4.4.3 软件绘图功能的实现45-46
• 4.5 天气异常情况的报警46-47
• 4.6 无线通信模块功能的实现47-50
• 4.6.1 MD-609G模块的配置47-48
• 4.6.2 mServer48-50
• 4.6.3 虚拟串口Vircom50
• 4.7 串口视频摄像功能的实现50-53
• 4.7.1 摄像功能的软件实现50-51
• 4.7.2 图像实例分析51-53
• 4.8 监控系统应用软件部分界面53-55
• 4.9 本章小结55-56
• 第5章 自动气象监测系统在电力线覆冰监测方面的应用研究56-65
• 5.1 引言56
• 5.2 线路覆冰的基本概念56-58
• 5.2.1 覆冰的定义56-57
• 5.2.2 覆冰的形成条件57
• 5.2.3 覆冰的危害57-58
• 5.3 电力线覆冰监测预报算法的研究58-60
• 5.3.1 覆冰监测工作原理58-59
• 5.3.2 基于BP神经网络的覆冰预报算法59-60
• 5.4 基于BP神经网络的覆冰监测实例分析60-64
• 5.4.1 覆冰监测实验数据60-62
• 5.4.2 基于BP神经网络覆冰预报的实现62-63
• 5.4.3 实验结果分析63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 附录1 覆冰预报算法的训练和仿真程序70-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-74
• 致谢74

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