專利名稱：便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣象電子領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于野外單人攜帶方便，能夠獲取近地面氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等五種氣象要素功能的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備。
背景技術(shù)：
地面自動氣象站用于自動采集并實時監(jiān)測存儲氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、草(雪)溫、地溫等氣象要素數(shù)據(jù)，可用于氣象、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水文水利、環(huán)保、高速公路、機場和港口等領(lǐng)域。目前，國內(nèi)的自動氣象站不論是固定式還是便攜式，各傳感器都是分立的，即由多個傳感器分別工作探測對應(yīng)的氣象要素。便攜式自動氣象站由于傳感器數(shù)目較多，需要多人分別操作、讀數(shù)和訂正處理，使用不方便，即使是由分立傳感器組裝集成的氣象觀測設(shè)備工作時也需要組裝集成，不方便野外機動隨時探測。另外，便攜式自動氣象站雖可單人攜帶，但結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠緊湊，組件多，占用空間大，拆裝繁瑣，且攜帶不夠方便，供電時間短。本發(fā)明旨在通過集成組裝設(shè)計，充分利用系統(tǒng)集成、探測裝備一體化、傳感器小型化等技術(shù)，實現(xiàn)以快速展開、快速實施和快速撤收為主要特征的“三快”便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，實現(xiàn)高效機動的氣象信息探測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于野外單人攜帶工作的，能獲取近地面氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等五種氣象要素功能的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備。采用如下技術(shù)方案:
便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，包括有集成氣象傳感器、立桿、采集和通信盒、箱體、手持終端，其特征在于:立桿的底端連接于箱體，集成氣象傳感器連接于立桿的頂端，集成氣象傳感器與采集和通信盒、手持終端依次相連。集成傳感器的作用是檢測空氣的相關(guān)信息參數(shù)，例如風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓等?？梢圆捎脤L(fēng)傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器相互集成后作為集成傳感器使用。作為本發(fā)明進一步改進的方案，氣象傳感器、立桿、采集和通信盒、手持終端是可拆卸式，并可裝于箱體中。這樣可以進一步地縮小該觀測一體化設(shè)備的體積，使其更易于攜帶。采集和通信盒，主要完成對氣象傳感器的控制和數(shù)據(jù)采集，然后對采集數(shù)據(jù)進行計算處理，轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N氣象要素值，同時進行初步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出各種極值；進一步，再將數(shù)據(jù)結(jié)果通過通信接口傳輸至手持終端。作為進一步地改進，采集和通信盒還可以將數(shù)據(jù)結(jié)果通過無線通信方式傳送至氣象中心站，所述的無線通信方式可以是北斗、CDMA或短波通信方式中的一種。采集和通信盒中，包括有依次相連的氣象傳感器接口電路、采集處理電路和串行通信接口電路，所述的氣象傳感器接口電路與氣象傳感器連接，所述的串行通信接口電路與手持終端連接和數(shù)據(jù)通信設(shè)備連接。該一體化設(shè)備中，還可以包括一個供電單元向集成氣象傳感器、采集和通信盒等用電設(shè)備進行供電。供電單元包括有充放電控制器，在所述的充放電控制器上連接有太陽能電池板、蓄電池和外供電接口。太陽能電池板可以在有陽光的情況下，通過充放電控制器向蓄電池充電；同樣地，在有外接電源的情況下，也可以通過外供電接口對蓄電池充電，就可以保證在野外工作時能夠為一體化設(shè)備提供電力。充放電控制器可以為一體化設(shè)備供電。作為本發(fā)明進一步改進的方案，太陽能電池板可以是固定安裝或者是可拆卸的安裝于箱體上。這樣就可以更方便地使用太陽能電池板為蓄電池充電。在不使用時，還可以將太陽能電池板拆卸后置于箱體內(nèi)。技術(shù)效果
1.該設(shè)備實現(xiàn)了五種氣象要素的集成探測，且一體化傳感器尺寸小，供電方式多且供電時長，可由單人背負攜帶并長時工作，操作簡便，在國內(nèi)尚屬首例；
2.氣象信息既可利用手持終端本地顯示，也可通過“北斗”衛(wèi)星通信方式或CDMA、短波通信方式傳輸?shù)綒庀笾行恼撅@示和存儲。


圖1是本發(fā)明提供的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意 圖2是氣象傳感器的結(jié)構(gòu)示意 圖3是采集和通信盒的結(jié)構(gòu)示意 圖4是采集和通信盒的組成框 圖5是供電單元的結(jié)構(gòu)示意 圖6是便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備的折疊狀態(tài)示意 圖7是便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備的外部接口示意圖。其中，I是集成氣象傳感器；2是立桿；3是采集和通信盒；4是太陽能電池板；5是箱體；6是手持終端；11是12V電源輸出；12是便攜式太陽能板輸入；13是市電充電；SI是風(fēng)傳感器；S2是溫濕傳感器電路板；S3是防輻射罩；S4是壓力傳感器；21是通信天線；22是無線通信模式切換；23是12V電源輸入；24是集成傳感器接口 ；25是手持終端接口。
具體實施例方式如圖1所示，便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，包括有集成氣象傳感器1、立桿2、采集和通信盒3、箱體5、手持終端6，立桿的底端連接于箱體5，集成氣象傳感器I連接于立桿2的頂端，集成氣象傳感器I與采集和通信盒3、手持終端6依次相連。本實施例中，氣象傳感器I安裝在立桿2頂端，距地1.5 m，采集和通信盒3安裝在立桿2的中下部。立柱2由三節(jié)各0.5 m長，直徑0.04 m的空心圓筒型支撐桿順次旋緊構(gòu)成，末端通過螺紋固定在箱體5上，箱體5上設(shè)置有背帶，可以由使用者背負，使其易于攜帶。集成氣象傳感器I的線纜從立桿2的內(nèi)部穿過，線纜一端連接集成氣象傳感器1，另一端連接采集和通信盒3對應(yīng)的接口。手持終端6通過電纜連接至采集和通信盒3上的對應(yīng)接口。圖2為本發(fā)明集成氣象傳感器I結(jié)構(gòu)圖。集成氣象傳感器I采取一體化設(shè)計，包括氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器，高度約為238_，直徑約為115_。其中:溫濕傳感器采用電容式，分別利用絕緣陶瓷材料和高分子材料制成。壓力傳感器是采用MEMS工藝制作的硅電容壓力傳感器。風(fēng)速風(fēng)向測量采用超聲波式，為確保任何方向的風(fēng)速風(fēng)向測量無死角或無效讀數(shù)，采用三個超聲波傳感器單元在同一個水平面上呈60度等邊結(jié)構(gòu)方式組成三路風(fēng)分量測量聲道。風(fēng)傳感器SI封裝在傳感器頂端三個小立柱外殼上，溫濕傳感器電路板S2安裝在塑料立柱上端，在溫濕傳感器外圍安裝溫濕保護罩，在溫濕傳感器整體外圍使用防輻射罩S3。壓力傳感器S4安裝在數(shù)據(jù)處理電路板上，在數(shù)據(jù)處理電路板封裝外殼低端留有穿孔，用于測量氣壓信息。集成氣象傳感器I上還具有指北標示。如圖3所示，采集和通信盒3上設(shè)置有通信天線21、無線通信模式切換22、12V電源輸入23、集成傳感器接口 24和手持終端接口 25，如圖4。接口部分采用防水接插件，通過防水接插件進行電源線和數(shù)據(jù)線的連接。通信天線21可以使該一體化設(shè)備與氣象中心站進行信息傳送；無線通信模式切換22的作用是用于選擇與氣象中心站進行信息傳送還是將氣象信息發(fā)送至手持終端6上；12V電源輸入23是連接于供電單元上，并對采集和通信盒3進行供電；集成傳感器接口 24用于連接集成氣象傳感器I ;手持終端接口 25用于連接手持終端6。如圖4所示，采集和通信盒3上，包括有依次連接的氣象傳感器接口電路、采集處理電路和串行通信接口電路。氣象傳感器接口電路連接于集成氣象傳感器上，串行通信接口電路連接于數(shù)據(jù)通信設(shè)備上。采集和通信盒3主要完成對集成氣象傳感器I的控制和數(shù)據(jù)采集，然后對采集數(shù)據(jù)進行計算處理，轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N氣象要素值，同時進行初步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出各種極值，再將這些結(jié)果數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中，最后通過控制通訊設(shè)備將所有實時數(shù)據(jù)發(fā)往手持終端6或者氣象中心站。氣象傳感器接口電路實現(xiàn)傳感器輸出信號到標準數(shù)據(jù)采集信號的轉(zhuǎn)換，供采集處理電路的數(shù)字化；采集處理電路(含嵌入式軟件)完成各種氣象要素的采集、處理、存儲和通信等功能。嵌入式軟件主要完成系統(tǒng)的時序控制、數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理、數(shù)據(jù)的壓縮存儲和信息傳輸，包括采集軟件、處理軟件、通信軟件等?？紤]到系統(tǒng)的兼容性和靈活性，對數(shù)據(jù)采集器的工作方式、氣象參數(shù)修正及各種初始值均通過軟件設(shè)置來完成，存儲在采集器中的EPROM中。通信接口電路完成氣象要素數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，采用RS232C通信接口。所述的手持終端由觸摸式高亮度顯示屏組成，與通信接口電路之間采用RS232C通信方式傳輸信息，可在屏幕上顯示氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等信息，與北斗通信相連時，還可顯示經(jīng)緯度信息。所述的數(shù)據(jù)通信設(shè)備在氣象中心站的命令下，采用北斗、CDMA或短波通信方式與便攜式地面氣象觀測設(shè)備進行通信，獲取異地作業(yè)的地面氣象觀測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信設(shè)備主要由內(nèi)置通信模塊、北斗天線、CDMA天線、短波電臺等組成。正常工作方式下采用北斗/CDMA通信方式傳輸數(shù)據(jù)，每10分鐘傳輸一次，可根據(jù)信道條件和使用要求，選通任意方式。短波通信方式作為備份通信方式。如圖5所示，供電單元包括有充放電控制器，在所述的充放電控制器上連接有太陽能電池板、蓄電池和外供電接口，如圖7。晴天太陽能電池板吸收太陽光，并把太陽光的光能轉(zhuǎn)換成電能，通過智能充放電控制器儲存在蓄電池中。在無陽光時，蓄電池通過智能充放電控制器給氣象設(shè)備供電，也可用市電通過智能充放電控制器給蓄電池充電。為了保證系統(tǒng)在無陽光條件下長時間連續(xù)工作，采用兩塊20Ah/12V蓄電池作為后備電源，一次充滿電可滿足在_40°C低溫下連續(xù)工作24小時以上。其中，太陽能電池板采用功率為15Wp、平均轉(zhuǎn)換效率14.5%的單晶硅平板型太陽能組件，箱體固定型與折疊型各一塊。箱體固定型安裝于箱體5內(nèi)部上表面，折疊型太陽能電池板存放于箱體5內(nèi)。充放電控制器具有過充、過放、反接、過載、短路、雷擊保護、溫度自動補償?shù)缺Ｗo功能，實現(xiàn)對蓄電池的智能管理?？梢赃x用磷酸鐵鋰電池作為便攜式設(shè)備的蓄電池。太陽能電池板4安裝于箱體5內(nèi)部上表面以避免攜行途中對太陽能電池板4的磨損，作業(yè)時通過滾軸翻轉(zhuǎn)180度于箱體5的外部上表面。箱體5外部上表面中部安裝有U型不銹鋼支架，工作時，利用箱體5主體上部外表面上的鎖扣鎖住支架以支撐太陽能電池板，使太陽能電池板支起形成一個合適的高度角，保證太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率。如圖6所示，箱體5為長方體結(jié)構(gòu)，采用鋁合金制造，箱體5主體內(nèi)部空間分為左右兩部分，一部分為封閉設(shè)計，固定安裝蓄電池、充放電控制器。另一部分用于放置集成傳感器組件1、采集通信終端3、手持終端6、立桿2、太陽能電池板4等部件，各組件之間用緩沖材料隔開以避免運輸中部件相互碰撞。便攜式太陽能電池板4為備份電源，可折作業(yè)完畢，各構(gòu)成組件可拆卸下來，放置在箱體5內(nèi)，方便背負攜行和存放，如圖2。箱體5主體上部外表面上設(shè)有設(shè)備工作狀態(tài)指示狀態(tài)燈。如圖7所示，箱體5左側(cè)右下角布置的航空插頭自上往下依次為:12V電源輸出11、便攜式太陽能板輸入12、市電充電13。
權(quán)利要求
1.便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，包括有集成氣象傳感器(I)、立桿(2)、采集和通信盒(3)、箱體(5)、手持終端￠)，其特征在于:立桿的底端連接于箱體(5)，集成氣象傳感器(I)連接于立桿(2)的頂端，集成氣象傳感器(I)與采集和通信盒(3)、手持終端(6)依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的箱體(5)上設(shè)置有背帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的集成氣象傳感器(I)中包括有風(fēng)傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器中的一個或幾個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的集成氣象傳感器(I)、立桿(2)、采集和通信盒(3)、手持終端(6)是可拆卸式，并可裝于箱體(5)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:還包括一個向集成氣象傳感器(I)、采集和通信盒(3)進行供電的供電單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的供電單元供電單元包括有充放電控制器，在所述的充放電控制器上連接有太陽能電池板、蓄電池和外供電接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的采集和通信盒(3)中，包括有依次相連的氣象傳感器接口電路、采集處理電路和串行通信接口電路，所述的氣象傳感器接口電路與氣象傳感器(I)連接，所述的串行通信接口電路與手持終端(6)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)通信設(shè)備通過北斗、CDMA或短波通信方式與氣象中心站之間進行通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備，其特征在于:所述的采集和通信盒(3)的接口部分是防水接口。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣象電子領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于野外單人攜帶方便，能夠獲取近地面氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等五種氣象要素功能的便攜式地面氣象自動觀測一體化設(shè)備。包括有集成氣象傳感器、立桿、采集和通信盒、箱體、手持終端，立桿的一端連接于箱體，集成氣象傳感器連接于立桿的另一端，集成氣象傳感器與采集和通信盒、手持終端依次相連。該設(shè)備實現(xiàn)了五種氣象要素的集成探測，且一體化傳感器尺寸小，供電方式多且供電時長，可由單人背負攜帶并長時工作，操作簡便。氣象信息既可利用手持終端本地顯示，也可通過“北斗”衛(wèi)星通信方式或CDMA、短波通信方式傳輸?shù)綒庀笾行恼撅@示和存儲。
文檔編號G01W1/04GK103217726SQ20131012048
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者周樹道, 孫學(xué)金, 王敏, 劉志華, 諶曉茅, 嚴德山, 嚴輝, 文滋木, 徐四林 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué), 北京維天信氣象設(shè)備有限公司