本實用新型具體涉及一種自動氣象站故障監(jiān)測裝置。

背景技術：

當今時代，氣象災害、環(huán)境問題已經成為社會廣泛關注的熱點問題。十八大報告中明確指出，要建立生態(tài)文明建設，給子孫后代留下天藍、地綠、水凈的美好家園。因此氣象數據的采集與研究就顯得尤為重要。近年來，隨著自動氣象站的建立，截止2015年底，我國有共2000多個國家級地面自動氣象站，3萬個省級地方地面自動氣象站，部分地區(qū)自動站間的距離已小于10Km。自動氣象站的監(jiān)管成為了必不可少的環(huán)節(jié)，簡易操作而且便于檢查儀器故障的自動氣象站自動檢測裝置就顯得十分有意義。

在自動氣象站的運行中，出現儀器故障是常見的，如果沒有及時的發(fā)現儀器的故障，自動氣象站會錄入這些儀器故障導致的錯誤數據，從而影響氣象數據的質量，降低數值天氣預報的準確性，從而影響人們的日常生活。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術中的不足，提供了一種自動氣象站故障監(jiān)測裝置，可檢測自動氣象站中各傳感器是否發(fā)生故障，有傳感器故障時及時報警，幫助維護人員快速到達待維修的自動氣象站對指定的故障傳感器進行檢修，節(jié)約維護時間及成本。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種自動氣象站故障監(jiān)測裝置，自動氣象站包括若干傳感器，各傳感器采集相應的氣象要素數據上傳至自動氣象站，自動氣象站將采集的所有氣象要素數據上傳至故障監(jiān)測裝置，故障監(jiān)測裝置包括主控制器、電源模塊、數據采集接口模塊、GPS定位模塊、無線傳輸模塊、報警模塊以及位于管理室內的上位機；

主控制器通過數據采集接口模塊連接自動氣象站，以從自動氣象站獲取各氣象要素數據；

電源模塊提供工作電源至主控制器；GPS定位模塊采集位置信息上傳至主控制器；

主控制器通過無線傳輸模塊與上位機連接通信；

報警模塊的輸入端連接主控制器，報警模塊包括至少3個順序排列的發(fā)光二極管，主控制器控制二極管的發(fā)光狀態(tài)以表明各傳感器是否發(fā)生故障；

主控制器從自動氣象站采集各氣象要素數據，若有傳感器發(fā)生故障，則主控制器控制各二極管的發(fā)光狀態(tài)進行報警，并將氣象要素數據、故障信息及位置信息上傳至上位機。

進一步的，傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、風速傳感器及風向傳感器。

進一步的，數據采集接口模塊采用RS232串行通信方式，RS232串口通信電路包括MAX232芯片，MAX232芯片的T1OUT、R1IN引腳連接9針接頭的RS232_TXD、RS_232_RXD引腳，通過9針接頭與自動氣象站上的9針接頭匹配，實現與自動氣象站的串行通信； MAX232芯片的T1IN、R1OUT管腳連接主控制器；VCC管腳接3.3V電源供電，旁邊VDD引腳加上一個旁路電容C8。

進一步的，電源模塊包括依次串聯的太陽能蓄電池、防雷電電路、5V電壓轉換電路和3.3V電壓轉換電路。

進一步的，防雷電路為：太陽能蓄電池的輸出端并上三個氣體放電管LA151N后串聯電感L1、L2、保險絲PTC后輸出12V電源，在電感L1、L2的連接點并入壓敏電阻RV，在電感L2與保險絲PTV的連接點并入并聯的瞬態(tài)抑制二極管TVS、電容C5和電容C6。

進一步的， 5V電壓轉換電路包括LM2576HV-5.0穩(wěn)壓芯片，其IN管腳連接防雷電電路的輸出電源12V，并在IN管腳接入旁路電容C11，GND、ON/OFF管腳接地，OUT管腳并入肖特基二極管D1后經儲能電感L1輸出5V電源，在輸出5V電源節(jié)點并入濾波電容C12，FeedBack管腳接入輸出5V電源節(jié)點。

進一步的，報警模塊還包括一個揚聲器電路，揚聲器電路包括揚聲器LS1以及NPN型三極管Q1，三極管的基極連接，集電極串聯電阻R3后連接至5V供電電源，發(fā)射極串聯揚聲器LS1后接地。

與現有技術相比，本實用新型所達到的有益效果是：本實用新型故障監(jiān)測裝置，根據各氣象要素數據是否發(fā)生異常來判斷對應的傳感器是否發(fā)生故障，若有傳感器發(fā)生故障，則通過3個二極管發(fā)光狀態(tài)表示出對應的傳感器發(fā)生故障，以方便附近的維護人員及時對相應的傳感器進行檢修，避免浪費時間在沒有問題的儀器上。同時還開啟GPS定位模塊獲取自動氣象站的位置，將位置信息以及故障信息上傳至上位機，方便管理室內的維護人員及時到達指定的氣象站位置對發(fā)生故障的傳感器進行維護。本實用新型可幫維護人員快速到達待維修的自動氣象站對指定的故障傳感器進行檢修，節(jié)約維護時間及成本。

附圖說明

圖1是自動氣象站故障監(jiān)測裝置的結構示意圖；

圖2是自動氣象站發(fā)生故障的判定條件圖；

圖3是主控制器STM32芯片圖；

圖4是數據采集接口模塊電路圖；

圖5是電源模塊中防雷電電路圖；

圖6是電源模塊中的12轉5電壓轉換電路圖；

圖7是電源模塊中的5轉3.3電壓轉換電路圖。

圖8是報警模塊電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

本實用新型的一種自動氣象站故障監(jiān)測裝置，自動氣象站包括若干傳感器傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、風速傳感器及風向傳感器，各傳感器采集相應的氣象要素數據上傳至自動氣象站，自動氣象站將采集的所有氣象要素數據上傳至故障監(jiān)測裝置，故障監(jiān)測裝置根據各數據是否發(fā)生異常來判斷對應的傳感器是否發(fā)生故障，故障監(jiān)測裝置的結構圖如圖1所示，包括主控制器、電源模塊、數據采集接口模塊、GPS定位模塊、無線傳輸模塊、報警模塊以及位于管理室內的上位機；

主控制器通過數據采集接口模塊連接自動氣象站，以從自動氣象站獲取各氣象要素數據；

電源模塊提供工作電源至主控制器；GPS定位模塊采集位置信息上傳至主控制器；

主控制器通過無線傳輸模塊與上位機連接通信；

報警模塊的輸入端連接主控制器，報警模塊包括至少3個順序排列的發(fā)光二極管，主控制器控制二極管的發(fā)光狀態(tài)以表明各傳感器是否發(fā)生故障；

主控制器從自動氣象站采集各氣象要素數據，若有傳感器發(fā)生故障，則主控制器控制各二極管的發(fā)光狀態(tài)進行報警，并將氣象要素數據、故障信息及位置信息上傳至上位機。

本實用新型故障監(jiān)測裝置，根據各氣象要素數據是否發(fā)生異常來判斷對應的傳感器是否發(fā)生故障，若有傳感器發(fā)生故障，則通過3個二極管發(fā)光狀態(tài)表示出對應的傳感器發(fā)生故障，以方便附近的維護人員及時對相應的傳感器進行檢修，避免浪費時間在沒有問題的儀器上。同時還開啟GPS定位模塊獲取自動氣象站的位置，將位置信息以及故障信息上傳至上位機，方便管理室內的維護人員及時到達指定的氣象站位置對發(fā)生故障的傳感器進行維護。本實用新型可幫維護人員快速到達待維修的自動氣象站對指定的故障傳感器進行檢修，節(jié)約維護成本及時間。

實施例

結合圖1至圖8，以下分模塊具體介紹：

主控制器采用STM32F103芯片，如圖3所示，分別與電源模塊、數據采集接口模塊、GPS定位模塊、無線傳輸模塊和報警模塊連接，其中電源引腳由電源模塊輸出的VCC（3.3V）進行供電，引腳LED_PIN1、 LED_PIN2、LED_PIN3用于與報警模塊中的3個二極管連接，引腳SPEAKER用于與報警模塊中的揚聲器連接，引腳GPS_R和GPS_T用于與GPS定位模塊連接，引腳GPRS_R與GPRS_T用于與無線傳輸模塊連接，引腳STM32_TXD和STM32_RXD用于與數據采集接口模塊連接。

主控制器實時通過數據采集接口模塊采集自動氣象站的六個氣象要素信息，對讀取的數據進行數據缺失和超過極值判定，若某個氣象要素數值發(fā)生數據缺失或超過極值范圍，則判斷此氣象要素對應的傳感器發(fā)生故障。其中數據缺失判定的意思是若某個氣象要素數據連續(xù)發(fā)生5次缺失，則判定此相應的傳感器出現了故障，連續(xù)缺失值的數量可以根據具體情況進行調整；超過極值判定的意思是如某個氣象要素數據超過設定的數值范圍（此數值范圍根據此地氣候進行設定），則判定此對應的傳感器出現故障。六個氣象要素的具體判斷過程參見圖2，首先判斷溫度數值是否缺失，若缺失則進一步判斷達到5次連續(xù)缺失，若有數值則判斷數值是否超出（-80℃，35℃）范圍，若判斷結果是缺失達到5次或超出范圍則判斷溫度傳感器發(fā)生故障，否則說明溫度傳感器正常工作；繼續(xù)判斷濕度數值是否達到5次連續(xù)缺失，或是否超出（0%，100%）范圍，若缺失達到5次或超出則判斷濕度傳感器發(fā)生故障，否則說明濕度傳感器正常工作；下一步繼續(xù)判斷氣壓數值是否達到5次連續(xù)缺失，或是否超出（300，1000hPa），若缺失達到5次或超出則判斷氣壓傳感器發(fā)生故障，下一步繼續(xù)判斷降水是否達到5次連續(xù)缺失，或是否超出（0，1828.8mm）范圍，若缺失達到5次或超出則判斷雨量傳感器發(fā)生故障，再繼續(xù)判斷風速是否達到5次連續(xù)缺失，或是否超出（0，45m/s）范圍，若缺失達到5次或超出則判斷風速傳感器發(fā)生故障，進一步的繼續(xù)判斷風向數值是否達到5次連續(xù)缺失，或是否超出（0，360°）范圍，若缺失達到5次或超出則判斷風向傳感器發(fā)生故障，否則說明風向傳感器正常工作；若以上傳感器均無故障，則說明自動氣象站工作正常，無故障發(fā)生。

數據采集接口模塊：為了便于采集自動氣象站數據，本實用新型中數據采集接口采用RS232串行通信方式，RS232串口通信電路如圖4所示，該電路使用了MAX232芯片，MAX232芯片的T1OUT、R1IN引腳連接9針接頭的RS232_TXD（引腳3）、RS_232_RXD（引腳2）引腳，通過9針接頭與自動氣象站上的9針接頭匹配，實現與自動氣象站的串行通信； MAX232芯片的T1IN、R1OUT管腳連接主控制器的STM32_TXD和STM32_RXD接口，實現數據的收發(fā)；VCC（引腳16）管腳接3.3V電源供電，旁邊VDD引腳加上一個旁路電容C8（0.1μF），起到濾除電源和地之間干擾信號的作用。

電源模塊：采用J-SN002太陽能蓄電池，電源模塊包括依次串聯的太陽能蓄電池、防雷電電路、5V電壓轉換電路和3.3V電壓轉換電路。

防雷電路圖如圖5所示，太陽能蓄電池的輸出端并上三個氣體放電管LA151N后串聯電感L1、L2、保險絲PTC后輸出12V電源，在電感L1、L2的連接點并入壓敏電阻RV，在電感L2與保險絲PTV的連接點并入并聯的瞬態(tài)抑制二極管TVS、電容C5和電容C6。圖中LA151N1、 LA151N2、LA151N3是三個氣體放電管，主要用來承受大的浪涌電流，瞬態(tài)抑制二極管TVS用于抑制瞬時電壓，壓敏電阻RV則用于泄放電流，電感L1、L2與電容C5、C6用于最后一層保護電路，當電路過載或斷路導致電流過大時自恢復保險絲PTC會將電路斷路以起到保護作用。參見圖5，防雷電電路中還包括電源指示燈，在電源的輸出端并上串聯的電阻R8及發(fā)光LED。

圖6為5V電壓轉換電路圖，其中電壓轉換芯片采用LM2576HV-5.0穩(wěn)壓芯片，其IN管腳連接防雷電電路的輸出電源12V，并在IN管腳接入旁路電容C11（100μF），GND、ON/OFF管腳接地，OUT管腳并入肖特基二極管D1后經儲能電感L1（100μH）輸出5V電源，在輸出5V電源節(jié)點并入濾波電容C12（1000μF），用來輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性；FeedBack管腳接入輸出5V電源節(jié)點。

圖7為3.3V電壓轉換電路圖，其中電壓轉換芯片采用LM1117-3.3穩(wěn)壓芯片，在輸入端IN管腳接入5V的電源，OUT管腳輸出3.3V電壓；GND管腳接地；在IN管腳與GND管腳之間接入了并聯的C1（47μF）和C3（0.1μF）的電容，在OUT與GND管腳之間并聯電容C2（47μF）和C4（0.1μF）。兩并聯電容起到了濾除電源和地之間干擾信號的作用。在輸出電源端OUT還并聯有電源指示燈，串聯限流電阻R7和LED1之后接地。

GPS定位模塊采用型號為NEO-6M 的GPS芯片，此芯片與STM32芯片的連接關系可參見現有技術，此處不再贅述。無線傳輸模塊采用型號為SIM800C的GPRS芯片，此芯片與STM32芯片的此連接關系可參見現有技術，此處不再贅述。

報警模塊：報警模塊包含至少3發(fā)光二極管和一個揚聲器，電路圖如圖8所示，各二極管一端串聯限流電阻連接電源VCC，另一端連接主控制器STM32芯片上相應的管腳，第一發(fā)光二極管LED1連接LED_PIN1引腳，第二發(fā)光二極管LED2連接LED_PIN2引腳，第三發(fā)光二極管LED3連接LED_PIN3引腳，揚聲器電路如圖8所示，包括揚聲器LS1以及NPN型三極管Q1，三極管的基極連接主控制器的SPEAKER引腳，集電極串聯電阻R3后連接至5V供電電源，發(fā)射極串聯揚聲器LS1后接地。

通過揚聲器報警可幫助維護人員快速找到出現故障的自動氣象站，3個發(fā)光二極管通過順序排列及二進制的原理顯示不同數字代表的氣象儀器，其中0代表發(fā)光二極管沒有發(fā)光，1代表發(fā)光二極管發(fā)光，3個二極管發(fā)光狀態(tài)與傳感器是否發(fā)生故障的對應關系為：000代表沒有故障，001代表溫度傳感器故障，010代表濕度傳感器故障，011代表氣壓傳感器故障，100代表雨量傳感器發(fā)生故障，101代表風速傳感器發(fā)生故障，110代表風向傳感器發(fā)生故障，111代表多個傳感器出現故障。因為自動氣象站同時出現多個儀器故障的概率較低，所以沒有特別設定多個傳感器故障的每一種信號表示，如果需要，可通過增加發(fā)光二極管數量的方式表示多個不同傳感器故障的情況。通過二極管的發(fā)光狀態(tài)便于維護人員能針對出現故障的儀器進行檢修。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。