基于Web和LabVIEW的氣象監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

孟嬌嬌 盛炎 閆婷婷 朱慧博

摘要：為了能夠方便的在LabVIEW環(huán)境中按個人需求快捷地查詢天氣狀況，系統(tǒng)采用在LabVIEW中調(diào)用ActiveX控件，從Web網(wǎng)頁中獲取氣象采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分揀和選擇顯示處理等程序設(shè)計方法，實現(xiàn)了指定城市風(fēng)力、濕度、紫外線強(qiáng)度、空氣質(zhì)量等氣象信息的識別監(jiān)測功能。

關(guān)鍵詞：氣象監(jiān)測;LabVIEW;Web;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）17-0078-03

Abstract： In order to conveniently query the weather conditions according to personal needs in LabVIEW environment， the system adopts the program design method of calling ActiveX control in LabVIEW， obtaining meteorological collected data from Web web page， sorting data and selecting display processing， etc. The identification and supervision of meteorological information such as wind force， humidity， ultraviolet intensity and air quality in designated cities are realized. Test function.

Key words： meteorological monitoring; LabVIEW; Web; data processing

1 背景

天氣預(yù)報與人們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，為人們的出行生活提供了便捷，但LabVIEW環(huán)境下的氣象監(jiān)測系統(tǒng)卻比較少見。LabVIEW（虛擬儀器）是美國國家儀器公司開發(fā)的一種圖形化的編程語言，擁有數(shù)據(jù)采集、分析、處理和顯示等所需的眾多工具，可以方便快捷地根據(jù)個人喜好搭建采集監(jiān)控系統(tǒng)。為了滿足人們對氣象預(yù)報在不同工作環(huán)境下的精細(xì)化、個性化需求，本文設(shè)計了一款可個性化編程的氣象監(jiān)測系統(tǒng)。

2 總體設(shè)計方案及工作原理

因國家氣象數(shù)據(jù)中心采用大數(shù)據(jù)分析，結(jié)果更為翔實可靠，所以系統(tǒng)設(shè)計時，未過多考慮硬件采集終端，而是采用了通過Web獲取氣象中心數(shù)據(jù)再處理顯示的方法。系統(tǒng)設(shè)計的總體設(shè)計方案如圖1所示，由登錄模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示等四個模塊構(gòu)成。

用戶成功登錄進(jìn)入系統(tǒng)后，通過LabVIEW的前面板也即用戶交互界面選擇省份和城市，系統(tǒng)則會通過Web網(wǎng)頁獲取國家氣象數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過后臺數(shù)據(jù)分析和處理，由交互界面顯示城市當(dāng)日的風(fēng)力、濕度、紫外線強(qiáng)度等氣象信息，并同時顯示一周內(nèi)的天氣預(yù)報。系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶需要，設(shè)計分析和顯示歷史氣象信息。

3 功能模塊設(shè)計

3.1 登錄模塊設(shè)計

用戶登入模塊主要是為了保護(hù)用戶信息安全設(shè)置的，當(dāng)用戶運(yùn)行程序時，程序會自動彈出口令信息對話框，用戶名和密碼的輸入不正確則不能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。如圖2所示為登錄模塊的前面板，主要應(yīng)用了文本輸入、布爾輸入和進(jìn)度條顯示的數(shù)據(jù)輸出。程序框圖如圖3所示，當(dāng)賬戶和密碼輸入和子VI所調(diào)用的賬戶預(yù)存信息比對一致且確定按鈕“按鍵值改變”事件發(fā)生時，case結(jié)構(gòu)進(jìn)入真分支，執(zhí)行順序結(jié)構(gòu)，否則執(zhí)行假分支，停止運(yùn)行登錄程序。其中順序結(jié)構(gòu)有三幀，分別為：顯示進(jìn)度條、打開主程序VI、關(guān)閉登錄界面VI。

3.2 數(shù)據(jù)獲取模塊設(shè)計

LabVIEW本身沒有能夠打開Web網(wǎng)頁這一功能，但可以通過容器調(diào)用ActiveX 控件，采用WebBrowser獲取相關(guān)網(wǎng)頁的控制權(quán)，在本模塊中為WebBrowser控件輸入指定網(wǎng)址URL，并設(shè)置調(diào)用方法Navigate，獲取網(wǎng)頁中全部內(nèi)容。設(shè)置屬性節(jié)點讀取網(wǎng)頁屬性body、title、inner Text等，從title獲取天氣預(yù)報網(wǎng)頁的標(biāo)題，從inner TEXT獲取網(wǎng)頁的天氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用逐級匹配字符串的方法，獲取了當(dāng)前城市，所有獲取的信息均以字符串文本形式保存，并創(chuàng)建相應(yīng)的顯示控件，便于后續(xù)數(shù)據(jù)的調(diào)用、分析和重組。

為了減少主程序的復(fù)雜程度，增強(qiáng)主程序的可讀性，將“數(shù)據(jù)獲取模塊”打包設(shè)置成一個子VI，通過輸入?yún)?shù)的設(shè)置，方便地實現(xiàn)LabVIEW與Web之間的通信，從而完成氣象數(shù)據(jù)的獲取操作，其操作流程圖如圖4所示。

3.3 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計

從網(wǎng)頁中獲取的數(shù)據(jù)是龐雜的且不能夠直觀地顯示出來，如何根據(jù)人們的需求，創(chuàng)建自己的氣象監(jiān)測平臺，就需要通過LabVIEW軟件從所獲取的數(shù)據(jù)中篩選分揀出于個人有價值的、有意義的數(shù)據(jù)。如圖5所示的程序框圖，通過索引關(guān)鍵字，將氣象監(jiān)測網(wǎng)頁數(shù)據(jù)inner Text中的內(nèi)容進(jìn)行分揀，顯示了城市七天晝夜溫度、風(fēng)力、空氣質(zhì)量等信息，設(shè)計中將網(wǎng)頁獲取的數(shù)據(jù)通過字符串“匹配模式”控件，進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選，再使用“截取字符串”“替換數(shù)組子集”“數(shù)組插入”“索引數(shù)組”“截取子數(shù)組子集”“連接字符串”等控件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的個性化顯示處理。其他數(shù)據(jù)處理模塊，如省市的數(shù)據(jù)篩選則是采用條件結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩選。

3.4 數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計

數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計，主要包含文本背景色顯示、顯示城市查詢輸入、氣象信息顯示等。其前面板設(shè)計如下圖6所示。背景色的主要設(shè)置：首先將背景顏色設(shè)置成數(shù)值型數(shù)據(jù)，選擇不同背景顏色時，其數(shù)值大小不一，然后調(diào)用子VI運(yùn)行后，將背景色屬性通過字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換控件后，再調(diào)用文本背景色屬性節(jié)點控件，顯示其屬性值的大小即可。其中子VI的程序框圖如圖6所示，在顯示背景色的同時，還顯示了local（本城市）和data（氣象數(shù)據(jù)）。圖6中l(wèi)ocal、data數(shù)據(jù)隨后送至“數(shù)據(jù)獲取”子VI輸入接口。城市查詢分兩級索引，先在省市列表中對省市進(jìn)行索引，再對該省的城市列表中進(jìn)行城市索引，將索引結(jié)果也送至“數(shù)據(jù)獲取”子VI輸入接口，寫入URL對應(yīng)屬性。通過調(diào)用“數(shù)據(jù)獲取”和“數(shù)據(jù)處理”子VI獲得該城市的天氣信息，并最終顯示到前面板中。

4 運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)運(yùn)行時，用戶首先輸入賬號和密碼，成功登錄后，將直接進(jìn)入氣象監(jiān)測系統(tǒng)，在人機(jī)交互的前面板界面，將會顯示當(dāng)前城市的地點和時間，同時用戶可以選擇所想查詢的省份和城市，即能夠在文本區(qū)顯示城市當(dāng)前及一周的天氣預(yù)報。包括風(fēng)力、濕度、溫度、日出、日落、空氣質(zhì)量等要素。同時可以個人喜好，選擇文本區(qū)的背景色。如圖7所示，為查詢江蘇省宿遷市的天氣情況時，所顯示的天氣信息。

5 結(jié)束語

基于LabVIEW的氣象監(jiān)測系統(tǒng)，通過調(diào)用Web網(wǎng)頁技術(shù)，實現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)的自動獲取、處理、查詢和顯示功能，實現(xiàn)了對風(fēng)力、溫度、空氣質(zhì)量等各氣象數(shù)據(jù)信息的顯示。系統(tǒng)在設(shè)計過程中，用戶可以根據(jù)個人需求和喜好，直接修改程序框圖中URL屬性，選擇性地顯示氣壓、相對濕度等其他氣象信息。所獲取的氣象數(shù)據(jù)可以同時保存至數(shù)據(jù)庫中，供用戶自由調(diào)用查詢，為分析歷史天氣提供數(shù)據(jù)參考。該系統(tǒng)操作簡單，用戶開發(fā)自由度高，為虛擬儀器技術(shù)的實際應(yīng)用及氣象監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計提供一定的參考。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】