一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置和方法

摘要

本发明涉及一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置和方法，包括车载模块及气象监测模块；车载模块包括微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块；通过震动模块采集的车辆行驶时产生的震动开启车载模块，微控制器模块通过连接车辆轮速传感器判断当前行驶速度，当行驶速度下降0km/h时，北斗定位模块定位地点信息，气象监测模块监测当前定位位置的气象数据，将搜集到的气象数据存储到存储模块后，通过微控制器模块处理后，经NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端。本发明可为智慧城市大数据平台提供大量可信的、准确的气象数据，推进智慧城市的建设，应用环境急切需求，市场前景广阔。

权利要求

1.一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，其特征在于，包括车载模块及气象监测模块；车载模块安装在车辆前保险杠处；

车载模块包括微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块；所述北斗定位模块用于：车辆使用北斗系统进行实时定点定位，获取定位数据；所述NB‑IoT通信模块用于：对定位数据、气象数据进行上行下传；气象数据包括PM2.5浓度、气压、温度和湿度；所述震动模块用于：检测车辆是否开启，当车辆开启时产生震动，通过震动模块控制微控制模块的开启，从而开启整个车载模块；所述电源模块用于：为气象监测模块、微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、震动模块、存储模块供电；所述微控制器模块用于：北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块的交互连接，实现数据的控制传输，对气象数据进行处理后，经NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端；所述气象监测模块用于：监测当前定位数据对应的定位位置的气象数据，将搜集到的气象数据存储到存储模块；包括步骤如下:（1）当车辆开启时，震动模块采集车辆行驶时产生的震动信号，并发送开启信号至微控制器模块；

（2）微控制器模块接收开启信号，开启车载模块；

（3）微控制器模块通过连接车辆的轮速传感器判断车辆当前行驶速度，当车辆当前行驶速度大于30km/h时，微控制器模块继续通过连接车辆的轮速传感器实时判断车辆当前行驶速度，否则，微控制器模块记录车辆当前行驶速度；

（4）当车辆当前行驶速度下降为0km/h时，微控制器模块控制北斗定位模块接收定位数据，进入步骤（5），否则，返回步骤（3）；

（5）微控制器模块控制气象监测模块接收气象数据；

（6）将定位数据和气象数据传输至存储模块；

（7）微控制器模块对定位数据和气象数据进行处理后，通过NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，其特征在于，所述气象监测模块包括PM2.5颗粒物检测传感器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器；

PM2.5颗粒物检测传感器采集路面PM2.5浓度，气压传感器采集路面气压，温度传感器采集路面当前位置温度，湿度传感器采集当前路面位置湿度。

3.根据权利要求1所述的一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，其特征在于，所述微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块集成于车载模块，通过电源模块接入车辆的供电线路中。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，其特征在于，所述微控制器模块的型号为STM32F412。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，其特征在于，所述震动模块的型号为Z04A。

6.根据权利要求1所述的一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，其特征在于，存储模块的型号为SDRAM。

说明书

一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及气象监测技术领域，尤其涉及一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置和方法。

背景技术

[0002] 2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通，标志着北斗全球组网完成。系统已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。北斗应用和北斗产业化在面临着新挑战的同时也迎来了最佳历史机遇期，北斗“天上好用、地上用好”的格局与态势正在被打造得稳固坚实！[0003] 与此同时，随着我国经济的快速发展，智慧城市的建设也纳入国家发展战略，气象数据作为智慧城市不可缺少的数据，有十分重要的作用，现阶段针对于气象监测一般采用定点建设气象站的方式进行，前期投入后期维护成本非常大，同时随着智慧城市大数据的建设，分布稀疏的城市气象监测站已经不满足当前气象监测的需求，所以采用基于北斗智慧城市车载气象采集监控装置也是大势所趋。

[0004] 目前，针对车载气象采集监控装置和方法存在以下问题：第一：不间断采集的气象数据中有大部分都会因为车速而导致测得数据与实际数据相差很大。第二：监测模块不间断采集上传数据导致单个车辆数据量大。第三：现有车载气象模块未考虑功耗，导致能源浪费。

[0005] 当前车载气象监测有多种方案，但方式比较简陋，监控不够全面，数据不够准确，只能提供长时间的错误气象信息，无法应用于车载气象监测领域。

发明内容

[0006] 为了解决上述问题，本发明提供一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置和方法，其装置能依据车辆自身提供车速信息判定测量气象数据的时间和地点，避免车速影响测量数据的准确性。

[0007] 术语解释：

[0008] 1、NB‑IoT：NB‑IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB‑IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB‑IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

[0009] 2、北斗系统：北斗系统一般指北斗卫星导航系统。中国北斗卫星导航系统(英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。

[0010] 本发明的技术方案为：

[0011] 一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置，包括车载模块及气象监测模块；车载模块安装在车辆前保险杠处；

[0012] 车载模块包括微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块；

[0013] 所述北斗定位模块用于：车辆使用北斗系统进行实时定点定位，获取定位数据；

[0014] 所述NB‑IoT通信模块用于：对定位数据、气象数据进行上行下传；气象数据包括PM2.5浓度、气压、温度和湿度；

[0015] 所述震动模块用于：检测车辆是否开启，当车辆开启时产生震动，通过震动模块控制微控制模块的开启，从而开启整个车载模块；

[0016] 所述电源模块用于：为气象监测模块、微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、震动模块、存储模块供电；

[0017] 所述微控制器模块用于：北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块的交互连接，实现数据的控制传输，对气象数据进行处理后，经NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端；

[0018] 所述气象监测模块用于：监测当前定位数据对应的定位位置的气象数据，将搜集到的气象数据存储到存储模块。

[0019] 根据本发明优选的，所述气象监测模块包括PM2.5颗粒物检测传感器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器；

[0020] PM2.5颗粒物检测传感器采集路面PM2.5浓度，气压传感器采集路面气压，温度传感器采集路面当前位置温度，湿度传感器采集当前路面位置湿度。

[0021] 根据本发明优选的，所述微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块集成于车载模块，通过电源模块接入车辆的供电线路中。

[0022] 根据本发明优选的，所述微控制器模块的型号为STM32F412。

[0023] 根据本发明优选的，所述震动模块的型号为Z04A。

[0024] 根据本发明优选的，存储模块的型号为SDRAM。

[0025] 上述基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，包括步骤如下:

[0026] (1)当车辆开启时，震动模块采集车辆行驶时产生的震动信号，并发送开启信号至微控制器模块；

[0027] (2)微控制器模块接收开启信号，开启车载模块；

[0028] (3)微控制器模块通过连接车辆的轮速传感器判断车辆当前行驶速度，当车辆当前行驶速度大于30km/h时，微控制器模块继续通过连接车辆的轮速传感器实时判断车辆当前行驶速度，否则，微控制器模块记录车辆当前行驶速度；

[0029] (4)当车辆当前行驶速度下降为0km/h时，微控制器模块控制北斗定位模块接收定位信号，进入步骤(5)，否则，返回步骤(3)；

[0030] (5)微控制器模块控制气象监测模块接收定位信号；

[0031] (6)将定位数据和气象数据传输至存储模块；

[0032] (7)微控制器模块对定位数据和气象数据进行处理后，通过NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端。

[0033] 本发明的有益效果为：

[0034] 1、本发明采用NB‑IoT通信模块，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，支持待机时间长、对网络连接要求较高的设备的高效连接，可提供非常全面的室内室外的蜂窝数据连接覆盖，同时具有低成本、低功耗、广覆盖以及大容量等特点。

[0035] 2、本发明采用震动模块开启车载模块，当车辆处于未开启状态时确保车载模块处于断电状态，减少车载模块对车辆电力的消耗。

[0036] 3、本发明采用车速由30km/h以上下降至0km/h时开启采集气象数据，确保了车辆运行在智慧城市中，当速度降为0km/h时可为停车、等红绿灯状态，确保车速不会引起传感器周围气压、温度、湿度、PM2.5浓度的影响。

[0037] 4、本发明新颖独特，设计构思巧妙，定位准确，功耗低，监控不易出错，可为智慧城市大数据平台提供大量可信的、准确的气象数据，推进智慧城市的建设，应用环境急切需求，市场前景广阔。

附图说明

[0038] 图1为本发明基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置中的车载模块的结构框图；

[0039] 图2为本发明基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置中的气象监测模块的结构框图；

[0040] 图3为本发明基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法中开启车载模块的流程示意图；

[0041] 图4为本发明基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法中进行气象监测的流程示意图。

具体实施方式

[0042] 下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

[0043] 实施例1

[0044] 一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置，包括车载模块及气象监测模块；车载模块安装在车辆前保险杠处；

[0045] 如图1所示，车载模块包括微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块；

[0046] 北斗定位模块用于：车辆使用北斗系统进行实时定点定位，获取定位数据；

[0047] NB‑IoT通信模块用于：对定位数据(可以跟踪可以放置在设备上的任何数据。包括车辆的位置信息、车辆的速度信息、车辆的方向信息等)、气象数据进行上行下传；NB‑IoT通信模块内置移动运营商的Sim卡，负责与智慧城市后台服务端进行通信。气象数据包括PM2.5浓度、气压、温度和湿度；

[0048] 震动模块用于：检测车辆是否开启，当车辆开启时产生震动，通过震动模块控制微控制模块的开启，从而开启整个车载模块；

[0049] 电源模块用于：电源模块的宽压电源管理电路接入车辆电路，为电源模块中的电池供电，电池为气象监测模块、微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、震动模块、存储模块供电；

[0050] 微控制器模块用于：北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块的交互连接，实现数据的控制传输，对气象数据进行处理后，经NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端；

[0051] 气象监测模块用于：监测当前定位数据对应的定位位置的气象数据，将搜集到的气象数据存储到存储模块。

[0052] 通过震动模块采集的车辆行驶时产生的震动开启车载模块，微控制器模块通过连接车辆轮速传感器判断当前行驶速度，当行驶速度下降0km/h时，当行驶速度由30km/h下降为0km/h时，北斗定位模块定位地点信息，气象监测模块监测当前定位位置的气象数据，将搜集到的气象数据存储到存储模块后，通过微控制器模块处理后，经NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端。

[0053] 实施例2

[0054] 根据实施例1所述的一种基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置，其区别在于：

[0055] 如图2所示，气象监测模块包括PM2.5颗粒物检测传感器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器；

[0056] PM2.5颗粒物检测传感器采集路面PM2.5浓度，气压传感器采集路面气压，温度传感器采集路面当前位置温度，湿度传感器采集当前路面位置湿度。

[0057] 微控制器模块、北斗定位模块、NB‑IoT通信模块、电源模块、震动模块、存储模块集成于车载模块，通过电源模块的宽压电源管理电路接入车辆的供电线路中。保证车辆熄灭状态下此线路仍能供电。

[0058] 微控制器模块的型号为STM32F412。STM32F412 MCU可运行于工作频率100MHz、支持浮点运算单元的 内核，在运行和停机模式下实现出色的低功耗性能。

[0059] 震动模块的型号为Z04A。片状高灵敏振动模块,输出为瞬态脉冲，可以用于其他即时监测控制电路。

[0060] 存储模块的型号为SDRAM。

[0061] 实施例3

[0062] 实施例1或2所述的任一基于北斗的智慧城市车载气象采集监控装置的工作方法，如图3、图4所示，包括步骤如下:

[0063] (1)当车辆开启时，震动模块采集车辆行驶时产生的震动信号，并发送开启信号至微控制器模块；

[0064] (2)微控制器模块接收开启信号，开启车载模块；

[0065] (3)微控制器模块通过连接车辆的轮速传感器判断车辆当前行驶速度，当车辆当前行驶速度大于30km/h时，微控制器模块继续通过连接车辆的轮速传感器实时判断车辆当前行驶速度，否则，微控制器模块记录车辆当前行驶速度；

[0066] (4)当车辆当前行驶速度下降为0km/h时，微控制器模块控制北斗定位模块接收定位信号，进入步骤(5)，否则，返回步骤(3)；

[0067] (5)微控制器模块控制气象监测模块接收定位信号；

[0068] (6)将定位数据和气象数据传输至存储模块；

[0069] (7)微控制器模块对定位数据和气象数据进行处理后，通过NB‑IoT通信模块上传智慧城市服务端。