自動氣象站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種自動氣象站，包括：支撐桿；多要素傳感器；激光雨滴譜傳感器；大氣電場傳感器，大氣電場傳感器安裝于支撐桿上，用于檢測鄰近區(qū)域的電場數(shù)據(jù)并生成對應的電場信號，其中，大氣電場傳感器包括：電場敏感探頭、信號處理電路和保護外殼；數(shù)據(jù)采集控制處理器；數(shù)據(jù)通信設備和供電設備。本發(fā)明可以自動數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸設備，采用低功耗設計和利用太陽能為輔助能源進行供電，從而真正做到了無人值守和長時間連續(xù)工作，提高了地面氣象要素觀測的智能化水平、可靠性和穩(wěn)定性。
【專利說明】自動氣象站
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氣象監(jiān)測【技術領域】，特別涉及一種自動氣象站。
【背景技術】
[0002]自九十年代我國使用自動氣象站以來，盡管國產的自動氣象站發(fā)展迅速，但氣象傳感器的技術水平較低，距世界先進水平還有一定的差距。受到技術水平和生產工藝的限制，目前傳感器的準確性、可靠性較差。通過對國內外自動氣象站現(xiàn)狀的分析可以看到，盡管目前國內的自動氣象站基本能滿足氣象業(yè)務的需要和環(huán)境的要求，但存在的不足和缺陷也較大，并且采集的氣象要素和通信手段也比較單一，特別是針對海島及低溫等惡劣環(huán)境下不能滿足要求。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
[0004]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種自動氣象站，該自動氣象站可以自動數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸設備，采用低功耗設計和利用太陽能為輔助能源進行供電，從而真正做到了無人值守和長時間連續(xù)工作，提高了地面氣象要素觀測的智能化水平、可靠性和穩(wěn)定性。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種自動氣象站，包括:支撐桿；多要素傳感器，用于自動采集鄰近區(qū)域內大氣的多種類型的氣象數(shù)據(jù)并生成對應的氣象電信號；激光雨滴譜傳感器，所述激光雨滴譜傳感器安裝于所述支撐桿的頂部，用于測量降水數(shù)據(jù)并生成對應的降水電信號；大氣電場傳感器，用于檢測所述鄰近區(qū)域的電場數(shù)據(jù)并生成對應的電場信號，其中，所述大氣電場傳感器包括:電場敏感探頭，所述電場敏感探頭用于檢測所述鄰近區(qū)域的三維電場，并根據(jù)所述三維電場生成電場電流信號；信號處理電路，所述信號處理電路與所述電場敏感探頭相連，其中所述信號處理電路包括:采集單元，用于采集所述電場電流信號；處理單元，用于對所述電場電流信號進行電流/電壓轉換以生成電場電壓信號，并對所述電場電壓信號進行差分放大得到電場放大信號，對所述電場放大信號進行濾波處理以生成濾波后電場信號；傳輸單元，用于輸出所述濾波后電場信號；保護外殼，其中，所述電場敏感探頭和所述信號處理電路均設置于所述保護外殼的內部；數(shù)據(jù)采集控制處理器，所述數(shù)據(jù)采集控制處理器安裝于所述支撐桿上且與所述多要素傳感器、所述激光雨滴譜傳感器和大氣電場傳感器相連，用于接收所述氣象電信號、所述降水電信號和所述濾波后電場信號，并對所述氣象電信號、所述降水電信號和所述濾波后電場信號進行分析以檢測得到所述鄰近區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)通信設備，所述數(shù)據(jù)通信設備安裝于所述支撐桿上且與所述數(shù)據(jù)采集控制處理器相連，所述數(shù)據(jù)通信設備用于與數(shù)據(jù)采集控制處理器和主控臺進行通信，接收所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)，并將所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)上傳至所述主控臺；供電設備，所述供電設備安裝于所述支撐桿上，用于向所述多要素傳感器、所述激光雨滴譜傳感器、所述大氣電場傳感器、所述數(shù)據(jù)采集控制處理器和數(shù)據(jù)通信設備供電。[0006]在本發(fā)明的一個實施例中，所述多種類型的氣象數(shù)據(jù)包括:溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)、風向數(shù)據(jù)、風速數(shù)據(jù)、降水量數(shù)據(jù)、天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)、能見度數(shù)據(jù)和大氣電場數(shù)據(jù)。
[0007]在本發(fā)明的又一個實施例中，所述降水數(shù)據(jù)包括降水的粒徑和速度。
[0008]在本發(fā)明的再一個實施例中，所述多要素傳感器包括自動加熱裝置，用于在環(huán)境溫度低于預設溫度時，對所述多要素傳感器進行自動加熱。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，所述保護外殼采用金屬材料制成。
[0010]在本發(fā)明的又一個實施例中，所述數(shù)據(jù)采集控制處理器包括:電子羅盤，所述電子羅盤與所述大氣電場傳感器相連，用于獲取所述鄰近區(qū)域的三維方向數(shù)據(jù)，并將所述三維方向數(shù)據(jù)發(fā)送至所述大氣電場傳感器；充電控制器，所述充電控制器與所述供電設備相連，用于接收所述供電設備的供電信號，并根據(jù)所述供電信號對所述自動氣象站進行供電配置；故障監(jiān)視恢復單元，用于監(jiān)控所述多要素傳感器、所述激光雨滴譜傳感器、所述大氣電場傳感器、所述數(shù)據(jù)通信設備和所述供電設備是否發(fā)生故障，并在檢測到故障時對故障進行排除；中央處理器CPU，所述CPU用于接收所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)；可程控直流變換器；串行通信接口，所述串行通信接口用于將所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)上傳至所述主控臺。
[0011]在本發(fā)明的再一個實施例中，所述數(shù)據(jù)通信設備包括:RS485有線通信模塊、北斗通信設備、網絡通信設備和移動通信設備，其中所述RS485有線通信模塊、北斗通信設備、網絡通信設備和移動通信設備均與所述串行通信接口相連。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，所述移動通信設備包括通用分組無線服務GRPS天線和/或碼分多址CDMA天線。
[0013]在本發(fā)明的又一個實施例中，所述供電設備包括:交流供電裝置，所述交流供電裝置的供電端與所述充電控制器相連；鋰電池，所述鋰電池的供電端與所述充電控制器相連；太陽能電池板，所述太陽能電池板的供電端與所述充電控制器相連；匯流電路，所述匯流電路的輸入端與所述太陽能電池板的供電端相連；充電及供電電路，所述充電及供電電路的輸入端與所述鋰電池的供電端和所述匯流電路的輸出端相連；濾波電路，所述濾波電路的輸入端與所述充電及供電電路的輸出端相連，且所述濾波電路的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集控制處理器相連。
[0014]在本發(fā)明的再一個實施例中，所述數(shù)據(jù)采集控制處理器還包括:
[0015]節(jié)電控制單元，所述節(jié)電控制單元在檢測當前時間位于預設時間段內時，控制所述數(shù)據(jù)采集控制處理器進入休眠/節(jié)電狀態(tài)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明實施例的自動氣象站，具有以下有益效果:
[0017](I)多要素多功能數(shù)據(jù)觀測:多要素傳感器能夠實時對溫度、濕度、氣壓、風向、風速、降水量、現(xiàn)在天氣現(xiàn)象、能見度、大氣電場等氣象要素實施自動數(shù)據(jù)采集、預處理和存儲。
[0018](2)多種數(shù)據(jù)傳輸方式:采用的無線數(shù)據(jù)傳輸主要有CDMA、GPRS、北斗衛(wèi)星通信以及可以連接部隊局域網的網絡通信等。
[0019](3)能源多樣性:采用交流電、鋰電池、太陽能板組合供電模式，真正實現(xiàn)長時間無人值守自動觀測。
[0020](4)可靠性、穩(wěn)定性更高:自動氣象站所布設的地區(qū)有可能環(huán)境惡劣，一般遠離中心站，無法實施日常的維護和檢修，也不可能短期內進行校準和檢定。因此，要求系統(tǒng)能夠更可靠地工作，年漂移也要盡量的小。按目前的技術水平，可靠性和穩(wěn)定性主要取決于各個傳感器數(shù)據(jù)采集控制處理器。同時，本發(fā)明的自動氣象站具有電磁兼容性設計，從而保證了設備正常穩(wěn)定的工作。
[0021]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的自動氣象站的示意圖；
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的自動氣象站的結構框圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的大氣電場傳感器的示意圖；
[0026]圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的信號處理電路的示意圖；
[0027]圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的供電設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0029]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0030]下面參考圖1至圖5對本發(fā)明實施例的自動氣象站進行描述。其中，本發(fā)明提出的自動氣象站是一種新型多功能自動氣象站，可以用于水文、氣象臺站及天氣預報等相關領域。
[0031]本發(fā)明實施例提出的自動氣象站，包括:支撐桿、多要素傳感器、激光雨滴譜傳感器、大氣電場傳感器、數(shù)據(jù)采集控制處理器、數(shù)據(jù)通信設備和供電設備。此外本發(fā)明的自動氣象站還包括安裝所需的架設附件。
[0032]具體地，如圖1所示，多要素傳感器2可以自動采集鄰近區(qū)域內大氣的多種類型的氣象數(shù)據(jù)并生成對應的氣象電信號。
[0033]在支撐桿I上套接有水平支架7，從圖1中可以看出，水平支架7的左端部的上、下表面各具有一個凸起部，右端部的上表面也具有一個凸起部。其中，多要素傳感器I可以套接于水平支架的左端部的上表面的凸起部。
[0034]在本發(fā)明的一個示例中，多種類型的氣象數(shù)據(jù)包括:溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)、風向數(shù)據(jù)、風速數(shù)據(jù)、降水量數(shù)據(jù)、現(xiàn)在天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)、能見度數(shù)據(jù)和大氣電場數(shù)據(jù)。
[0035]在本發(fā)明的一個實施例中，多要素傳感器2包括自動加熱裝置，該自動加熱裝置可以在環(huán)境溫度低于預設溫度時，對多要素傳感器2進行自動加熱，從而保證多要素傳感器2在各種惡劣的天氣環(huán)境下正常工作，例如，自動加熱裝置可以保證多要素傳感器2在大雪、霜凍以及海洋環(huán)境等極端惡劣的氣候條件下也能正常工作。此外，多要素傳感器2還具有防腐蝕設計，從而避免雪、霜凍等情況下對多要素傳感器的腐蝕。
[0036]在本發(fā)明的一個示例中，多要素傳感器2可以選用型號為WTX520的氣象傳感器。該氣象傳感器為六要素傳感器，由氣溫傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、風向傳感器、風速傳感器和降水傳感器構成。
[0037]并且，多要素傳感器2可以放置于一個自然通風的防輻射罩內，保護PTU(氣壓、溫度、濕度)不會受到太陽的直接照射。
[0038]激光雨滴譜傳感器3安裝于支撐桿I的頂部，可以測量降水數(shù)據(jù)并生成對應的降水電信號。其中，降水數(shù)據(jù)可以包括降水的粒徑和速度。
[0039]具體地，激光雨滴譜傳感器3是一種現(xiàn)代化的以激光技術為基礎的光學測量系統(tǒng)，可以全面而可靠地測量各種現(xiàn)在天氣現(xiàn)象以及各種類型的降水。激光雨滴譜傳感器3采用Y-型設計，在支撐架上左右對稱配置有兩個測量頭，通過上述兩個測量頭測量降水的粒徑和速度。
[0040]液態(tài)降水類型粒徑的測量范圍為0.2毫米至5毫米，固態(tài)降水類型粒徑測量范圍為0.2毫米至2.5毫米。激光雨滴譜傳感器3可以對速度為0.2至20米每秒(m/s)降水粒子進行測量。
[0041]激光雨滴譜傳感器3可以測量的降水類型如下:毛毛雨、小雨、中雨、大雨、雨夾雪、雪、米雪、凍雨、冰雹。激光雨滴譜傳感器3可以可測量霧的等級、雷達反射率因子、雨強和降水量以及MOR (氣象光學視程)能見度等多種功能。
[0042]綜上，激光雨滴譜傳感器3具有以下特點:
[0043](I)防濺保護:在兩個測量頭上設置防濺裝置，避免飛濺的水滴對測量的影響
[0044](2)高度同質的激光帶，提供了高精確性，降雨率測量精度達到+/_5%。
[0045](3)加熱:作為冬季可選配件，在兩個測量頭上可以配置加熱設備，從而可以在冬季對測量頭進行加熱，保證測量頭正常工作。
[0046](4)密封保護:具有IP67防護等級，并且可抵御鹽水、鹽霧的侵蝕。
[0047](5) Y-型設計:兩個測量頭對稱配置，從而可以阻止激光帶方向的降水滴落。
[0048](6) USB接口:配置USB接口，可以使用移動終端進行配置和在線顯示。
[0049](7)內直接口:備用并能方便地連接設備。
[0050]大氣電場傳感器4套接于水平支架7的左端部的下表面的凸起部，可以檢測鄰近區(qū)域的電場數(shù)據(jù)并生成對應的電池信號。
[0051]具體地，如圖3所示，大氣電場傳感器4包括:電場敏感探頭41、信號處理電路42和保護外殼43。其中，電場敏感探頭41可以檢測鄰近區(qū)域的三維電場，并可以根據(jù)上述檢測到的三維電場生成電場電流信號。電場敏感探頭41采用先進的微機械加工技術(MEMS，Micro-Electro-Mechanic System)制備,具有尺寸小、空間分辨率高、電場測量畸變小等特點。在本發(fā)明的一個示例中，電場敏感探頭41生成雙路微弱電流信號。
[0052]信號處理電路42與電場敏感探頭41相連。具體地，如圖4所示，信號處理電路42包括采集單元421、處理單元422和傳輸單元423。其中，采集單元421用于采集上述電場敏感探頭41生成的電場電流信號，處理單元422用于對上述電場電路信號進行電流/電壓(I/V)轉換以生成電場電壓信號，并且對電場電壓信號進行差分放大以得到電場放大信號，然后對上述電場放大信號進行濾波處理以生成濾波后電場信號。
[0053]在本發(fā)明的一個實施例中，電場敏感探頭41和信號處理電路42均可以設置與上述保護外殼43的內部。
[0054]在本發(fā)明的一個實施例中，保護外殼43可以采用金屬材料制成。
[0055]本發(fā)明上述提供的大氣電場傳感器4采取DDS(Direct Digital Synthesis,直接合成技術)和高速數(shù)字信號處理方式實現(xiàn)了傳感器電場敏感元件的精準激勵和高精度電場檢測。此外，該大氣電場傳感器4采用經過表面處理的金屬外殼，使得傳感器組件具有優(yōu)良的電磁兼容、屏蔽外界串擾信號以及防潮、防濕等性能，技術指標達到國際先進、國內領先水平。
[0056]數(shù)據(jù)采集控制處理器5安裝于支撐桿I上且與多要素傳感器2、激光雨滴譜傳感器3和大氣電場傳感器4相連，可以接收氣象電信號、降水電信號和濾波后電場信號，并且對上述氣象電信號、降水電信號和濾波后電場信號進行分析，從而檢測得到鄰近區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)采集控制處理器5安裝于控制箱內，可以起到對數(shù)據(jù)采集控制處理器5的保護作用?？刂葡浒惭b于支撐桿I上。
[0057]具體地，數(shù)據(jù)采集控制處理器5包括:電子羅盤51、充電控制器52、故障監(jiān)視恢復單元53、中央處理器CPU54、可程控直流變換器55和串行通信接口 56。
[0058]電子羅盤51與大氣電場傳感器4相連，可以用于獲取鄰近區(qū)域的三維方向數(shù)據(jù)，并將上述三維方向數(shù)據(jù)發(fā)送至大氣電場傳感器4。
[0059]充電控制器52與供電設備相連，可以接收供電設備的供電信號，并根據(jù)上述供電信號對本發(fā)明的自動氣象站進行供電配置。
[0060]故障監(jiān)視恢復單元53可以監(jiān)控多要素傳感器2、激光雨滴譜傳感器3、大氣電場傳感器4、數(shù)據(jù)通信設備和供電設備是否發(fā)生故障，并在檢測到故障時對故障進行排除。
[0061 ] 中央處理器CPU54用于接收氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)。
[0062]串行通信接口 56可以將氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)上傳至主控臺。
[0063]在本發(fā)明的又一個實施例中，數(shù)據(jù)采集控制處理器5還包括:節(jié)電控制單元，其中節(jié)電控制單元在檢測當前時間位于預設時間段內時，控制數(shù)據(jù)采集控制處理器進入休眠/節(jié)電狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集控制處理器5內部電路所有功耗較大的芯片均采用帶有節(jié)電控制的大規(guī)模集成電路，大部分時間使其進入休眠/節(jié)電狀態(tài)。當采集定時事件或其它某些需要連續(xù)實時觀測的氣象參數(shù)事件發(fā)生時，喚醒處理器CPU和相關部件工作，等到事件處理完成后再次進入休眠/節(jié)電狀態(tài)。在充分保證觀測資料完整的情況下，可以大大降低系統(tǒng)運行功耗，從而使系統(tǒng)適合長期低能耗地運行在環(huán)境條件惡劣的地方。
[0064]在本發(fā)明的再一個實施例中，數(shù)據(jù)采集控制處理器5為單片機，選用可靠的單片機作為本發(fā)明的自動氣象站的核心，完成觀測資料的預處理、存儲及對終端命令的應答和操作，完成對自動氣象站的電源配置和管理。為了降低整機運行功耗，保證系統(tǒng)能夠長期連續(xù)穩(wěn)定可靠的運行，采用了性能優(yōu)良、功耗極低的單片機，高精度Α/D以及大容量存儲器等新技術重新設計數(shù)據(jù)采集器，并對氣象站各個部件進行智能化管理，對無需連續(xù)工作的大功率設備(通訊設備等)進行斷電控制。[0065]數(shù)據(jù)通信設備安裝于支撐桿I上且與上述數(shù)據(jù)采集控制處理器5相連，其中數(shù)據(jù)通信設備可以與數(shù)據(jù)采集控制處理器5和主控臺進行通信。具體地，數(shù)據(jù)通信設備可以接收數(shù)據(jù)采集控制處理器發(fā)送的氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)，并將上述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)上傳至主控臺。
[0066]在本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)據(jù)通信設備包括:移動通信設備61、網絡通信設備62、北斗通信設備63和RS485有線通信模塊64，其中移動通信設備61、網絡通信設備62、北斗通信設備63和RS485有線通信模塊64均與串行通信接口相連。并且，北斗通信設備63套接于水平支架7的右端部的上表面的凸起部，移動通信設備61安裝于控制箱的頂部。RS485有線通信模塊64安裝于控制箱的內部。
[0067]在本發(fā)明的一個示例中，移動通信設備61包括通用分組無線服務GRPS (GeneralPacket Radio Service,通用分組無線業(yè)務)天線和/或碼分多址CDMA (Code DivisionMultiple Access,碼分多址)天線。
[0068]換言之，數(shù)據(jù)通信設備可以采用北斗衛(wèi)星通信、GPRS、CDMA等無線通信方式和網絡、RS485等有線通信方式。
[0069]具體地，數(shù)據(jù)通信設備的無線數(shù)據(jù)傳輸主要有CDMA、GPRS、北斗衛(wèi)星通信以及可以連接部隊局域網的網絡通信等。此外，數(shù)據(jù)通信設備還可以采用計算機通信，如RS-485平衡雙絞線通信、RS-232通信等。因此，數(shù)據(jù)通信設備具有以上各種形式的通信接口，并將數(shù)據(jù)按規(guī)定格式送到所需要的各接口上。
[0070]供電設備安裝于支撐桿I上，可以向上述多要素傳感器2、激光雨滴譜傳感器3、大氣電場傳感器4、數(shù)據(jù)采集控制處理器5和數(shù)據(jù)通信設備供電。
[0071]如圖5所示，供電設備包括:交流供電裝置(未示出)、鋰電池82、太陽能電池板81、匯流電路83、充電及供電電路84和濾波電路85，即采用市電、鋰電池和太陽能電池多種能源供電的組合供電模式，讓供電設備真正實現(xiàn)長時間無人值守自動觀測。為了保證在無市電等特殊工作環(huán)境下需要給設備連續(xù)的電力供應，除了自動氣象站本身采用了低功耗設計夕卜，設備采用太陽能電池板81和鋰電池82以及智能控制交換器等構成不間斷的供電系統(tǒng)進行組合供電，保證了系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定可靠工作。
[0072]在本發(fā)明的一個實施例中，交流供電裝置和鋰電池82均設置在控制箱內。太陽能電池板81安裝于支撐桿I上且位于激光雨滴譜傳感器3的下方。
[0073]具體地，交流供電裝置的供電端、鋰電池82的供電端和太陽能電池板81的供電端均與充電控制器52相連。匯流電路83的輸入端與太陽能電池板81的供電端相連，充電及供電電路84的輸入端與鋰電池82的供電端和匯流電路83的輸出端相連。濾波電路85的輸入端與充電及供電電路84的輸出端相連，并且濾波電路85的輸出端與數(shù)據(jù)采集控制處理器5相連。
[0074]在陽光充足時，由太陽能電池板81提供電源，太陽能電池板81的功率采用40W直流供電，供電電壓為+12V，同時對鋰電池82進行充電。為了保證系統(tǒng)在無陽光條件下的長時間連續(xù)工作，可采用大容量鋰電池82 (12V，40Ah)作為后備電源，一次充滿電可連續(xù)工作40小時以上。
[0075]具體地，匯流電路83將太陽能電池板81輸出的電流信號進行匯流，并進一步傳輸至充電及供電電路84。并且，鋰電池82輸出的電流信號傳輸至充電及供電電路84，充電及供電電路84將上述電流信號進一步傳輸至濾波電路85，由濾波電路85對其進行濾波，并將濾波后的電流信號傳輸至數(shù)據(jù)采集控制處理器5的充電控制器52。
[0076]根據(jù)本發(fā)明實施例的自動氣象站，利用現(xiàn)代計算機科學、微電子技術、大氣傳感器技術和數(shù)據(jù)通信技術等一體的自動數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸設備。本發(fā)明的自動氣象站能夠實時對溫度、濕度、氣壓、風向、風速、降水量、現(xiàn)在天氣現(xiàn)象、能見度、大氣電場等多種氣象要素實施自動數(shù)據(jù)采集、預處理和存儲，并可采集和存儲一年四季的數(shù)據(jù)資料。并且采用北斗衛(wèi)星、CDMA、GPRS、網絡和RS485有線通信模式，同時由于采用低功耗設計和利用太陽能為輔助能源進行供電，從而真正做到了無人值守和長時間連續(xù)工作，提高了地面氣象要素觀測的智能化水平、可靠性和穩(wěn)定性。
[0077]具體而言，本發(fā)明的自動氣象站具有以下優(yōu)點:
[0078](I)多要素多功能數(shù)據(jù)觀測:多要素傳感器能夠實時對溫度、濕度、氣壓、風向、風速、降水量、現(xiàn)在天氣現(xiàn)象、能見度、大氣電場等氣象要素實施自動數(shù)據(jù)采集、預處理和存儲。
[0079](2)多種數(shù)據(jù)傳輸方式:采用的無線數(shù)據(jù)傳輸主要有CDMA、GPRS、北斗衛(wèi)星通信以及可以連接部隊局域網的網絡通信等。
[0080](3)能源多樣性:采用交流電、鋰電池、太陽能板組合供電模式，真正實現(xiàn)長時間無人值守自動觀測。
[0081](4)可靠性、穩(wěn)定性更高:自動氣象站所布設的地區(qū)有可能環(huán)境惡劣，一般遠離中心站，無法實施日常的維護和檢修，也不可能短期內進行校準和檢定。因此，要求系統(tǒng)能夠更可靠地工作，年漂移也要盡量的小。按目前的技術水平，可靠性和穩(wěn)定性主要取決于各個傳感器數(shù)據(jù)采集控制處理器。同時，本發(fā)明的自動氣象站具有電磁兼容性設計，從而保證了設備正常穩(wěn)定的工作。
[0082]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0083]盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本發(fā)明的范圍由所附權利要求極其等同限定。
【權利要求】
1.一種自動氣象站，其特征在于，包括: 支撐桿； 多要素傳感器，用于自動采集鄰近區(qū)域內大氣的多種類型的氣象數(shù)據(jù)并生成對應的氣象電信號； 激光雨滴譜傳感器，所述激光雨滴譜傳感器安裝于所述支撐桿的頂部，用于測量降水數(shù)據(jù)并生成對應的降水電信號； 大氣電場傳感器，用于檢測所述鄰近區(qū)域的電場數(shù)據(jù)并生成對應的電場信號，其中，所述大氣電場傳感器包括: 電場敏感探頭，所述電場敏感探頭用于檢測所述鄰近區(qū)域的三維電場，并根據(jù)所述三維電場生成電場電流信號； 信號處理電路，所述信號處理電路與所述電場敏感探頭相連，其中所述信號處理電路包括: 采集單元，用于采集所述電場電流信號； 處理單元，用于對所述電場電流信號進行電流/電壓轉換以生成電場電壓信號，并對所述電場電壓信號進行差分放大得到電場放大信號，對所述電場放大信號進行濾波處理以生成濾波后電場信號； 傳輸單兀，用于輸出所述濾波后電場信號； 保護外殼，其中，所述電場敏感探頭和所述信號處理電路均設置于所述保護外殼的內部; 數(shù)據(jù)采集控制處理器，所述數(shù)據(jù)采集控制處理器安裝于所述支撐桿上且與所述多要素傳感器、所述激光雨滴譜傳感器和大氣電場傳感器相連，用于接收所述氣象電信號、所述降水電信號和所述濾波后電場信號，并對所述氣象電信號、所述降水電信號和所述濾波后電場信號進行分析以檢測得到所述鄰近區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)通信設備，所述數(shù)據(jù)通信設備安裝于所述支撐桿上且與所述數(shù)據(jù)采集控制處理器相連，所述數(shù)據(jù)通信設備用于與數(shù)據(jù)采集控制處理器和主控臺進行通信，接收所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)，并將所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)上傳至所述主控臺；供電設備，所述供電設備安裝于所述支撐桿上，用于向所述多要素傳感器、所述激光雨滴譜傳感器、所述大氣電場傳感器、所述數(shù)據(jù)采集控制處理器和數(shù)據(jù)通信設備供電。
2.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述多種類型的氣象數(shù)據(jù)包括:溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)、風向數(shù)據(jù)、風速數(shù)據(jù)、降水量數(shù)據(jù)、天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)、能見度數(shù)據(jù)和大氣電場數(shù)據(jù)。
3.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述降水數(shù)據(jù)包括降水的粒徑和速度。
4.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述多要素傳感器包括自動加熱裝置，用于在環(huán)境溫度低于預設溫度時，對所述多要素傳感器進行自動加熱。
5.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述保護外殼采用金屬材料制成。
6.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集控制處理器包括: 電子羅盤，所述電子羅盤與所述大氣電場傳感器相連，用于獲取所述鄰近區(qū)域的三維方向數(shù)據(jù)，并將所述三維方向數(shù)據(jù)發(fā)送至所述大氣電場傳感器；充電控制器，所述充電控制器與所述供電設備相連，用于接收所述供電設備的供電信號，并根據(jù)所述供電信號對所述自動氣象站進行供電配置； 故障監(jiān)視恢復單元，用于監(jiān)控所述多要素傳感器、所述激光雨滴譜傳感器、所述大氣電場傳感器、所述數(shù)據(jù)通信設備和所述供電設備是否發(fā)生故障，并在檢測到故障時對故障進行排除； 中央處理器CPU，所述CPU用于接收所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)； 可程控直流變換器； 串行通信接口，所述串行通信接口用于將所述氣象數(shù)據(jù)、降水數(shù)據(jù)和電場數(shù)據(jù)上傳至所述主控臺。
7.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述數(shù)據(jù)通信設備包括:RS485有線通信模塊、北斗通信設備、網絡通信設備和移動通信設備，其中所述RS485有線通信模塊、北斗通信設備、網絡通信設備和移動通信設備均與所述串行通信接口相連。
8.如權利要求7所述的自動氣象站，其特征在于，所述移動通信設備包括通用分組無線服務GRPS天線和/或碼分多址CDMA天線。
9.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述供電設備包括: 交流供電裝置，所述交流供電裝置的供電端與所述充電控制器相連； 鋰電池，所述鋰電池的供電端與所述充電控制器相連； 太陽能電池板，所述太陽能電池板的供電端與所述充電控制器相連；` 匯流電路，所述匯流電路的輸入端與所述太陽能電池板的供電端相連； 充電及供電電路，所述充電及供電電路的輸入端與所述鋰電池的供電端和所述匯流電路的輸出端相連； 濾波電路，所述濾波電路的輸入端與所述充電及供電電路的輸出端相連，且所述濾波電路的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集控制處理器相連。
10.如權利要求1所述的自動氣象站，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集控制處理器還包括:節(jié)電控制單元，所述節(jié)電控制單元在檢測當前時間位于預設時間段內時，控制所述數(shù)據(jù)采集控制處理器進入休眠/節(jié)電狀態(tài)。
【文檔編號】G01W1/02GK103675948SQ201310750491
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】劉建文, 諶莉, 嚴輝 申請人:北京維天信氣象設備有限公司