摘要：設計了一種氣象數據采集系統，該系統能采集溫度、濕度、氣壓、風速4個氣象要素，采集的原始數據保存在本地SD卡中，同時對采集數據進行數據處理，處理后的數據打包成氣象數據包，使用GPRS模塊將數據包通過GSM網絡上傳到上位機。采集系統主控制器使用基于Conex—M3內核的STM32處理器，在處理器上移植μc／os—II實時操作系統作為軟件平臺，保證了數據采集中較好的實時性和穩定性。在數據處理方面，參考地面觀測規范對溫度、濕度、氣壓采用篩除大小值取算術平均的算法，對風速測量數據采用滑動平均算法。經實驗驗證，系統正常運行，測量精度達到設計要求，具有成本低廉，精度高，具有較好的實時性和穩定性。
關鍵詞：Correx-M3；STM32；氣象數據采集；μc／os—II

0 引言
隨著我國氣象事業的快速發展，人們對氣象信息采集的要求也越來越高，傳統的人工操作和讀數不僅勞動效率低下，而且容易出現人為錯誤，已無法滿足現代氣象觀測的要求，近些年，電子技術的快速發展為氣象數據采集技術的更新和設備換代提供了條件，Cortex—M3基于ARM公司最新的v7平臺，它的數據處理能力是ARM7的兩倍，而功耗只有ARM7的1／3，低廉的價格使其具有很高的性價比，在Cortex-M3上移植μc／os—II實時操作系統保證了系統的實時性和穩定性，其具有的諸多優點非常適合存自動氣象數據采集領域使用。

1 系統整體設計
整個氣象數據采集系統硬件主要由氣象數據采集傳感器模塊、主控制模塊、數據存儲模塊、數據發送模塊以及上位機接收模塊組成。傳感器采集模塊在主控制器的驅動下完成溫度、濕度、氣壓、風速數據的采集，主控制模塊由使用Cortex—M3內核的STM32處理器的最小系統組成，完成對數據采集傳感器模塊的控制以及對采集數據的數據處理工作，數據處理按照《地面氣象規范2003》的基本要求執行，數據存儲模塊使用SD卡來完成測量數據的本地備份，處理完的數據打包成氣象數據包使用GPRS模塊通過GSM網絡發送至上位機，上位機模塊由GPRS模塊和PC組成，上位機通過GSM網絡接收測量數據并進一步處理，整體結構如圖1所示。

2 氣象數據采集模塊
系統氣壓采集模塊使用BMP085數字氣壓傳感器，其和STM32通信使用標準的IIC協議，其內置的EEPROM中存儲了補償計算需要的11個參數，它們是11個連續存儲的16位數據，存儲地址為0XAA～0XBF，當STM32在讀取了測量數據后需要通過補償計算得到單位為hpa的測量數據。溫濕度采集模塊使用AM2301數字溫濕度復合傳感器，其與STM32通信使用單總線通信協議，該模塊內置了一個8位的MCU，能自動完成數據的測量工作，當STM32得到了總線的控制權后，輸出低電平大于800μs后，AM2301模塊就得到了總線控制權并輸出80μs的低電平作為響應信號并馬上連續輸出40bit的測量數據，測量數據格式為：40bit=濕度高8位+濕度低8位+溫度高8位+溫度低8位+校驗位，其中校驗位=濕度高位+濕度低位+溫度高位+溫度低位。風速采集模塊使用FY-FS風杯式風速傳感器，風吹動風杯轉動會把風速信號轉化為脈沖信號輸出，STM32使用外部中斷和定時中斷來捕獲脈沖頻率并通過計算得到實時風速值。處理完成的數據存儲在SD卡中，SD卡是一種存儲容量為1 G的FLASH產品，與STM32通過SPI協議通訊。數據發送模塊使用SIM300，利用短信息方式(TEXT模式)通過GSM網絡與上位機通信，STM32使用AT指令通過串口與SIM300通信，上位機使用SIM300模塊接收測量數據進行下一步處理。