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【6h】

MEMS自动气象站远程数据处理、控制与可视化监测系统软件设计

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与设计指标

1.3.1 研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 课题关键点与难点分析

1.5 论文组织

第二章 总体方案设计

2.1 气象采集系统介绍

2.1.1 气象采集系统一般定义

2.1.2 气象采集系统硬件架构

2.2 Windows桌面软件设计方法

2.2.1 Windows编程特点

2.2.2 Windows程序结构与嵌入式程序结构比较

2.2.3 现代软件开发的基本流程

2.3 设计方案

2.3.1 开发平台和工具的选择

2.3.2 MFC简介

2.3.3 MFC应用程序框架

2.3.4 气象监测软件总体设计方案

2.4 本章小结

第三章 远程通信设计

3.1 RS485串口通信

3.1.1 串口通信简介

3.1.2 气象台站与监测中心串口通信物理连接方法

3.1.3 多线程串口通讯库CnComm

3.1.4 使用CnComm类库实现串口通信功能

3.2 基于GPRS的网络通信

3.2.1 GPRS简介

3.2.2 Windows的Socket网络编程模型

3.2.3 软件网络通信功能实现

3.2.4 无人值守通信:断线自动重连

3.3 本章小结

第四章 数据处理与存储设计

4.1 数据处理

4.1.1 数据处理类设计

4.1.2 用户可见的模式:普通模式与调试模式

4.1.3 串口方式下的数据处理模式

4.1.4 GPRS网络方式下的数据处理模式

4.2 数据库存储

4.2.1 数据库接口简介

4.2.2 数据记录集(Record Set)类

4.2.3 实现数据存储功能

4.3 报表导出

4.3.1 数据导出至Excel的几种方法

4.3.2 使用COM组件操作Excel

4.4 本章小结

第五章 气象站定制功能设计

5.1 软件参数配置

5.2 台站ID修改

5.3 实时数据显示

5.4 历史数据查询

5.4.1 历史数据对话框与查询算法

5.4.2 台站选择子对话框

5.4.3 气象要素选择子对话框

5.5 本章小结

第六章 软件测试、优化与运行情况

6.1 软件测试

6.1.1 软件测试技术简介

6.1.2 串口通信过程中的“数据截断”问题

6.1.3 多线程操作MFC控件导致软件崩溃的问题

6.2 软件优化

6.3 软件运行情况

6.3.1 软件性能指标的测试方法

6.3.2 串口方式数据采集成功率

6.3.3 GPRS方式数据采集成功率

6.3.4 数据库数据查询时间

6.3.5 气象数据报表导出时间

6.3.6 软件实际运行情况与设计指标对比

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

附录

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摘要

自动气象站已成为当今气象监测的主要手段之一,在气象监测与预报领域发挥着重要作用。我国自动气象站建设起步时间较晚,自主研发的气象传感器在精度上与国外先进水平有较大差距。近年来,随着MEMS传感器技术的发展,我国自研的自动气象站数量越来越多,检测精度越来越高,应用范围也越来越广。如今自动气象站不仅在地方气象监测部门中使用,还应用于一些有气象监测需求的厂矿、农田、公路、企业等小范围观测场景。这两类应用场景在气象站类型、观测要素类型、台站管理方式、数据使用方法等多处均有所区别,前者可以与国家气象局联网,通过统一的规范将观测数据层层上传至国家气象中心,有专门的大型气象测报业务系统软件进行统一观测和管理,后者则是在某个特定的区域网络内部署一定数量的气象台站,观测的气象数据也仅用于本地存储分析而无需上报给气象部门,显然,控制和管理这种局域网型的气象站,其数据中心的监测软件在功能上应当更加轻量和灵活,通常需要根据台站类型和实际需求专门编写。
  本文所研究的是一款可以满足区域型气象观测需求的、用于配套自研MS50U型五要素气象站和数据采集器硬件产品的自动气象站远程监测软件。软件基于微软MFC框架编写,可以运行在Windows XP及更高版本的操作系统中,实现的主要功能包括:通过串口或GPRS将多台气象站数据分组采集到中心计算机中,采集成功率均达到90%以上;气象数据存储至关系数据库中,并为用户提供数据查找和筛选可视化界面,筛选数据可以导出为Excel报表,查询时间与报表导出时间均保持在10秒/万行内;提供两种工作模式,可分别用于无人值守监控和台站调试;具有实时监控界面,支持用户以虚拟仪器的方式查看任何远端台站的实时数据等。论文分为三大部分,首先根据软件功能指标进行总体方案设计,然后详细介绍了远程通信、数据处理与存储、参数配置、台站控制、实时数据显示、历史数据查询等主要功能模块的设计和编码,最后以论文工作中遇到的几个典型问题和困难为例,介绍了软件的测试和优化过程,并分析比较了性能优化前后的效果。
  软件通过与气象台站和数据采集器的多次联合调试、测试和优化后,现已实现设计指标中的功能和性能要求,可以作为MS50U型自动气象站设备的配套远程监测软件使用。软件的无人值守可靠通信、报表导出、实时监控界面等功能的实现思路对类似的工控类远程监测软件设计也具有一定的参考价值。

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