CN103217726B - 便携式地面气象自动观测一体化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气象电子领域，尤其涉及一种适用于野外单人携带方便，能够获取近地面气温、气压、湿度、风向、风速等五种气象要素功能的便携式地面气象自动观测一体化设备。包括有集成气象传感器、立杆、采集和通信盒、箱体、手持终端，立杆的一端连接于箱体，集成气象传感器连接于立杆的另一端，集成气象传感器与采集和通信盒、手持终端依次相连。该设备实现了五种气象要素的集成探测，且一体化传感器尺寸小，供电方式多且供电时长，可由单人背负携带并长时工作，操作简便。气象信息既可利用手持终端本地显示，也可通过“北斗”卫星通信方式或CDMA、短波通信方式传输到气象中心站显示和存储。

Description

便携式地面气象自动观测一体化设备

技术领域

本发明涉及气象电子领域，尤其涉及一种适用于野外单人携带方便，能够获取近地面气温、气压、湿度、风向、风速等五种气象要素功能的便携式地面气象自动观测一体化设备。

背景技术

地面自动气象站用于自动采集并实时监测存储气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、草(雪)温、地温等气象要素数据，可用于气象、工业、农业、水文水利、环保、高速公路、机场和港口等领域。目前，国内的自动气象站不论是固定式还是便携式，各传感器都是分立的，即由多个传感器分别工作探测对应的气象要素。便携式自动气象站由于传感器数目较多，需要多人分别操作、读数和订正处理，使用不方便，即使是由分立传感器组装集成的气象观测设备工作时也需要组装集成，不方便野外机动随时探测。另外，便携式自动气象站虽可单人携带，但结构设计不够紧凑，组件多，占用空间大，拆装繁琐，且携带不够方便，供电时间短。本发明旨在通过集成组装设计，充分利用系统集成、探测装备一体化、传感器小型化等技术，实现以快速展开、快速实施和快速撤收为主要特征的“三快”便携式地面气象自动观测一体化设备，实现高效机动的气象信息探测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于野外单人携带工作的，能获取近地面气温、气压、湿度、风向、风速等五种气象要素功能的便携式地面气象自动观测一体化设备。采用如下技术方案：

便携式地面气象自动观测一体化设备，包括有集成气象传感器、立杆、采集和通信盒、箱体、手持终端，其特征在于：立杆的底端连接于箱体，集成气象传感器连接于立杆的顶端，集成气象传感器与采集和通信盒、手持终端依次相连。

集成传感器的作用是检测空气的相关信息参数，例如风速、温度、湿度、气压等。可以采用将风传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器相互集成后作为集成传感器使用。

作为本发明进一步改进的方案，气象传感器、立杆、采集和通信盒、手持终端是可拆卸式，并可装于箱体中。这样可以进一步地缩小该观测一体化设备的体积，使其更易于携带。

采集和通信盒，主要完成对气象传感器的控制和数据采集，然后对采集数据进行计算处理，转变为各种气象要素值，同时进行初步的数据统计，得出各种极值；进一步，再将数据结果通过通信接口传输至手持终端。作为进一步地改进，采集和通信盒还可以将数据结果通过无线通信方式传送至气象中心站，所述的无线通信方式可以是北斗、CDMA或短波通信方式中的一种。

采集和通信盒中，包括有依次相连的气象传感器接口电路、采集处理电路和串行通信接口电路，所述的气象传感器接口电路与气象传感器连接，所述的串行通信接口电路与手持终端连接和数据通信设备连接。

该一体化设备中，还可以包括一个供电单元向集成气象传感器、采集和通信盒等用电设备进行供电。供电单元包括有充放电控制器，在所述的充放电控制器上连接有太阳能电池板、蓄电池和外供电接口。太阳能电池板可以在有阳光的情况下，通过充放电控制器向蓄电池充电；同样地，在有外接电源的情况下，也可以通过外供电接口对蓄电池充电，就可以保证在野外工作时能够为一体化设备提供电力。充放电控制器可以为一体化设备供电。

作为本发明进一步改进的方案，太阳能电池板可以是固定安装或者是可拆卸的安装于箱体上。这样就可以更方便地使用太阳能电池板为蓄电池充电。在不使用时，还可以将太阳能电池板拆卸后置于箱体内。

技术效果

1. 该设备实现了五种气象要素的集成探测，且一体化传感器尺寸小，供电方式多且供电时长，可由单人背负携带并长时工作，操作简便，在国内尚属首例；

2. 气象信息既可利用手持终端本地显示，也可通过“北斗”卫星通信方式或CDMA、短波通信方式传输到气象中心站显示和存储。

附图说明

图1是本发明提供的便携式地面气象自动观测一体化设备的结构示意图；

图2是气象传感器的结构示意图；

图3是采集和通信盒的结构示意图；

图4是采集和通信盒的组成框图；

图5是供电单元的结构示意图；

图6是便携式地面气象自动观测一体化设备的折叠状态示意图；

图7是便携式地面气象自动观测一体化设备的外部接口示意图。

其中，1是集成气象传感器；2是立杆；3是采集和通信盒；4是太阳能电池板；5是箱体；6是手持终端；11是12V电源输出；12是便携式太阳能板输入；13是市电充电；S1是风传感器；S2是温湿传感器电路板；S3是防辐射罩；S4是压力传感器；21是通信天线；22是无线通信模式切换；23是12V电源输入；24是集成传感器接口；25是手持终端接口。

具体实施方式

如图1所示，便携式地面气象自动观测一体化设备，包括有集成气象传感器1、立杆2、采集和通信盒3、箱体5、手持终端6，立杆的底端连接于箱体5，集成气象传感器1连接于立杆2的顶端，集成气象传感器1与采集和通信盒3、手持终端6依次相连。

本实施例中，气象传感器1安装在立杆2顶端，距地1.5 m，采集和通信盒3安装在立杆2的中下部。立柱2由三节各0.5 m长，直径0.04 m的空心圆筒型支撑杆顺次旋紧构成，末端通过螺纹固定在箱体5上，箱体5上设置有背带，可以由使用者背负，使其易于携带。集成气象传感器1的线缆从立杆2的内部穿过，线缆一端连接集成气象传感器1，另一端连接采集和通信盒3对应的接口。手持终端6通过电缆连接至采集和通信盒3上的对应接口。

图2为本发明集成气象传感器1结构图。集成气象传感器1采取一体化设计，包括气温、湿度、气压、风向、风速传感器，高度约为238mm，直径约为115mm。其中：温湿传感器采用电容式，分别利用绝缘陶瓷材料和高分子材料制成。压力传感器是采用 MEMS 工艺制作的硅电容压力传感器。风速风向测量采用超声波式，为确保任何方向的风速风向测量无死角或无效读数，采用三个超声波传感器单元在同一个水平面上呈60度等边结构方式组成三路风分量测量声道。风传感器S1封装在传感器顶端三个小立柱外壳上，温湿传感器电路板S2安装在塑料立柱上端，在温湿传感器外围安装温湿保护罩，在温湿传感器整体外围使用防辐射罩S3。压力传感器S4安装在数据处理电路板上，在数据处理电路板封装外壳低端留有穿孔，用于测量气压信息。集成气象传感器1上还具有指北标示。

如图3所示，采集和通信盒3上设置有通信天线21、无线通信模式切换22、12V电源输入23、集成传感器接口24和手持终端接口25，如图4。接口部分采用防水接插件，通过防水接插件进行电源线和数据线的连接。通信天线21可以使该一体化设备与气象中心站进行信息传送；无线通信模式切换22的作用是用于选择与气象中心站进行信息传送还是将气象信息发送至手持终端6上；12V电源输入23是连接于供电单元上，并对采集和通信盒3进行供电；集成传感器接口24用于连接集成气象传感器1；手持终端接口25用于连接手持终端6。

如图4所示，采集和通信盒3上，包括有依次连接的气象传感器接口电路、采集处理电路和串行通信接口电路。气象传感器接口电路连接于集成气象传感器上，串行通信接口电路连接于数据通信设备上。采集和通信盒3主要完成对集成气象传感器1的控制和数据采集，然后对采集数据进行计算处理，转变为各种气象要素值，同时进行初步的数据统计，得出各种极值，再将这些结果数据存储在数据存储区中，最后通过控制通讯设备将所有实时数据发往手持终端6或者气象中心站。气象传感器接口电路实现传感器输出信号到标准数据采集信号的转换，供采集处理电路的数字化；采集处理电路（含嵌入式软件）完成各种气象要素的采集、处理、存储和通信等功能。嵌入式软件主要完成系统的时序控制、数据采集和预处理、数据的压缩存储和信息传输，包括采集软件、处理软件、通信软件等。考虑到系统的兼容性和灵活性，对数据采集器的工作方式、气象参数修正及各种初始值均通过软件设置来完成，存储在采集器中的EPROM中。通信接口电路完成气象要素数据到数据通信设备的数据传输，采用RS232C通信接口。

所述的手持终端由触摸式高亮度显示屏组成，与通信接口电路之间采用RS232C通信方式传输信息，可在屏幕上显示气温、湿度、气压、风向、风速等信息，与北斗通信相连时，还可显示经纬度信息。

所述的数据通信设备在气象中心站的命令下，采用北斗、CDMA或短波通信方式与便携式地面气象观测设备进行通信，获取异地作业的地面气象观测数据。数据通信设备主要由内置通信模块、北斗天线、CDMA天线、短波电台等组成。正常工作方式下采用北斗/CDMA通信方式传输数据，每10分钟传输一次，可根据信道条件和使用要求，选通任意方式。短波通信方式作为备份通信方式。

如图5所示，供电单元包括有充放电控制器，在所述的充放电控制器上连接有太阳能电池板、蓄电池和外供电接口，如图7。晴天太阳能电池板吸收太阳光，并把太阳光的光能转换成电能，通过智能充放电控制器储存在蓄电池中。在无阳光时，蓄电池通过智能充放电控制器给气象设备供电，也可用市电通过智能充放电控制器给蓄电池充电。为了保证系统在无阳光条件下长时间连续工作，采用两块20Ah/12V蓄电池作为后备电源，一次充满电可满足在-40℃低温下连续工作24小时以上。其中，太阳能电池板采用功率为15Wp、平均转换效率14.5%的单晶硅平板型太阳能组件，箱体固定型与折叠型各一块。箱体固定型安装于箱体5内部上表面，折叠型太阳能电池板存放于箱体5内。充放电控制器具有过充、过放、反接、过载、短路、雷击保护、温度自动补偿等保护功能，实现对蓄电池的智能管理。可以选用磷酸铁锂电池作为便携式设备的蓄电池。太阳能电池板4安装于箱体5内部上表面以避免携行途中对太阳能电池板4的磨损，作业时通过滚轴翻转180度于箱体5的外部上表面。箱体5外部上表面中部安装有U型不锈钢支架，工作时，利用箱体5主体上部外表面上的锁扣锁住支架以支撑太阳能电池板，使太阳能电池板支起形成一个合适的高度角，保证太阳能电池板的转换效率。

如图6所示，箱体5为长方体结构，采用铝合金制造，箱体5主体内部空间分为左右两部分，一部分为封闭设计，固定安装蓄电池、充放电控制器。另一部分用于放置集成传感器组件1、采集通信终端3、手持终端6、立杆2、太阳能电池板4等部件，各组件之间用缓冲材料隔开以避免运输中部件相互碰撞。便携式太阳能电池板4为备份电源，可折作业完毕，各构成组件可拆卸下来，放置在箱体5内，方便背负携行和存放，如图2。箱体5主体上部外表面上设有设备工作状态指示状态灯。如图7所示，箱体5左侧右下角布置的航空插头自上往下依次为：12V电源输出11、便携式太阳能板输入12、市电充电13。

Claims (1)

1.便携式地面气象自动观测一体化设备，包括有集成气象传感器(1)、立杆(2)、采集和通信盒(3)、箱体(5)、手持终端(6)，其特征在于：立杆的底端连接于箱体(5)，集成气象传感器(1)连接于立杆(2)的顶端，集成气象传感器(1)与采集和通信盒(3)、手持终端(6)依次相连；所述的箱体(5)上设置有背带；所述的集成气象传感器(1)中包括有风传感器；所述的集成气象传感器(1)、立杆(2)、采集和通信盒(3)、手持终端(6)是可拆卸式，并可装于箱体(5)中；还包括一个向集成气象传感器(1)、采集和通信盒(3)进行供电的供电单元；所述的供电单元包括有充放电控制器，在所述的充放电控制器上连接有太阳能电池板、蓄电池和外供电接口；所述的采集和通信盒(3)中，包括有依次相连的气象传感器接口电路、采集处理电路和串行通信接口电路，所述的气象传感器接口电路与集成气象传感器(1)连接，所述的串行通信接口电路与数据通信设备连接；所述的数据通信设备通过短波通信方式与气象中心站之间进行通信；风传感器的数量为三个，风传感器采用超声波式，三个风传感器在同一个水平面上呈60度等边结构方式组成三路风分量测量声道。