РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА СБОРА АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ

В настоящее время актуальной проблемой является заблаговременное составление метеорологических прогнозов о климатических катастрофах и опасных условиях погоды для предупреждения больших экономических потерь, избежание человеческих жертв и нанесение вреда здоровью человека.

Заблаговременное составление краткосрочных и долгосрочных прогнозов также представляет ценность для организаций и частных лиц, занимающихся сельскохозяйственной деятельностью. Большую ценность также представляет анализ изменений климата на протяжении многих лет, благодаря накопленным метеорологическим данным, алгоритмам прогнозирования сезонов для выполнения сельскохозяйственных работ.

Для обработки, сбора и хранения данных разработан веб-сервис. Данный сервис позволяет пользователям вводить информацию о метеорологических явлениях, получать доступ к прогнозам и собранной информации, подключать частные метеорологические станции для сбора и анализа данных.

Для расширения сети частных метеорологических станций разработано устройство для сбора данных о погодных условиях, отправляющее данные на веб-сервис о температуре, влажности, выпавших осадках, освещенности и местоположении измерений.

Разработан цифровой измеритель температуры, количества осадков и освещенности. Диапазон измеряемых температур -40 °С …+80 °С с точностью ±0,5 °С. Устройство имеет связь с веб-порталом. Устройство максимально долгое время сохраняет автономность без влияния на выполнение своих основных задач.

Отличительными параметрами, характеризующим данное устройство, является компактность, наличие нескольких источников питания с возможностью автоматического переключения между ними. Для реализации базового функционала, устройство выполняет следующие функции:

• Функция считывания данных.

Во время работы устройства сбора агрометеорологических данных будут поступать данные с датчиков: освещенности, количества осадков, температуры и влажности. Считывание данных производится с определенной частотой (раз в час).

• Функция передачи данных.

Осуществляется передача данных между устройством сбора агрометеорологических данных и веб порталом. При взаимодействии устройства и веб-сервиса соблюдается определенный формат сообщений.

• Функция обработки данных.

Данные полученные с датчиков: освещенности, количества осадков, температуры и влажности предварительно обрабатываются. Это необходимо для того, чтобы микроконтроллер записал все данные во внешнюю память. Данные хранятся в определенном формате, удобном для последующей отправки на веб-портал.

На основании анализа функциональной спецификации можно выделить следующие блоки, реализованные аппаратным способом:

• модуль датчика температуры и влажности, тип которого зависит от диапазона и среды измерения;
• модуль датчика осадков, тип датчика зависит от метода внедрения и измеряемой среды;
• модуль датчика освещенности;
• модуль микроконтроллера, его выбор зависит от требуемого быстродействия, и возлагаемых на него целей;
• модуль взаимодействия с сервером по интерфейсу GPRS;
• модули питания.

Программные модули также определяются на основе анализа функциональной спецификации, программную часть представим в виде модулей задач.

Для аппаратной реализации устройства были выбраны следующие элементы:

• микроконтроллер на базе серии AVR ATmega328 с платой расширения Arduino UNO r3;
• модуль SD карты памяти SD-02;
• часы реального времени RTC DS1307;
• датчик осадков «Дождевой осадкомер Vaisala RG13»;
• датчик освещенности VT83N1;
• модуль питания Mini-360;
• автоматический мультиплексор питания TPS2113;
• GPS модуль Neo-6M;
• GSM/GPRS модуль SIM800C;
• Цифровой датчик температуры и влажности DHT-11.

Имея минимальные знания в схемотехнике и программировании микроконтроллеров, пользователь может собрать собственную агрометеорологическую станцию и производить обмен полученными данными с веб-сервисом сбора и прогнозирования метеорологических данных, тем самым увеличивая количество частных метеорологических станций. В результате увеличения количества метеорологических станций увеличится плотность их расположений, и в итоге качество и точность прогнозов увеличится пропорционально активным пользователям.

Список литературы:

1. Ahas R., Aasa A., Fedotova V. Phenological changes have different rhythm for maritime and continental Europa // Institute Geography, University of Tartu, Institute of Botany (RAN), 2002.
2. Федотова, В. Г. Основы фенологии. Ч. 2. Практическая фенология / В. Г. Федотова. – СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. – 35 с.
3. Федотова, В. Г. Основы фенологии. Ч. 1. Теоретический курс / В. Г. Федотова. – СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. – 39 с.
4. Шульц, Г. Э. Общая фенология / Г. Э. Шульц. – Л.: Наука, Ленингр. отд-ние., 1981. – 188 с.