CN104237977A - 一种自动气象站故障处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种自动气象站故障处理系统,包括:所述控制接口,用于发送所述标准信号源至所述被测采集器,或者预置的程控电源通过所述控制接口控制所述被测传感器生成第一信号,以及控制所述标准传感器生成第二信号,以及控制所述标准信号源生成第三信号;所述被测传感器和标准传感器,用于输出所述第一信号及第二信号至所述数据采集卡;所述数据采集卡及测试仪器,用于依据所述第一信号计算第一转换数值,依据所述第二信号计算第二转换数值;所述被测采集器,用于依据所述标准信号源计算第三转换数值;所述计算机,用于判断被测采集器或被测传感器是否出现故障。本发明用以解决自动气象站维护维修保障问题。

Description

一种自动气象站故障处理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及气象站检测的技术领域,特别是涉及一种自动气象站故障处理系统。
背景技术
[0002]自动气象站是一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备,是中尺度、短时效天气预报不可缺少的重要资料源。目前全国拥有数万个自动气象站的观测网络。全天候24小时不间断地运行,实时采集和传输各种气象观测资料,在防灾减灾工作中发挥了巨大的社会经济效益。
[0003]目前对于自动气象站的维修,现有技术大多采用分立的测试仪器,如:数字万用表、数字示波器等,维修人员凭经验手动对被测部件进行测试、维修,自动化程度低,缺乏规范化的维修方式。由于习惯于使用分立的测试仪器开展自动气象站的诊断维修,导致维修工具种类繁多,兼容性差,无统一的技术标准,因此自动气象站的保障、维修、维护效率方面的问题日趋突出。具体而言,问题主要表现测试仪器不统一,一种自动气象站的设备对应多种测试仪器,故障检测方法单一,问题突出,无标准化测试、维修系统。其次是检测和诊断的自动化程度较低,无智能化,维修效率极低,测试和诊断结果因人而异,无法实现维修方法的资源共享。因此面对日益增长的气象服务需要,而自动气象站的类型千变万化,无标准的故障测试方式,维修方式难以满足高时效、快速维修保障的要求。
[0004] 因此,目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是:提出一种自动气象站故障诊断、测试、维修系统,用以解决自动气象站维护维修保障的标准化、自动化问题,降低维护维修成本,确保自动气象站长期稳定可靠运行。
发明内容
[0005] 本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种自动气象站故障处理系统,用以解决自动气象站维护维修保障的标准化、自动化问题,降低维护维修成本,确保自动气象站长期稳定可靠运行。
[0006] 为了解决上述问题,本发明公开了一种自动气象站故障处理系统,所述系统包括计算机、数据采集卡、多路通信控制器,控制接口、标准传感器、被测传感器、标准信号源以及测试仪表,所述数据采集卡与所述测试仪表相连,在所述计算机上建立有自动气象站的维修知识数据库,在所述计算机上设置有标准信号源以及其对应的标准信号源数值,所述系统包括:
[0007] 所述多路通信控制器,用于选择被测传感器和被测采集器;
[0008] 所述控制接口,用于发送所述标准信号源至所述被测采集器,或者预置的程控电源通过所述控制接口控制所述被测传感器生成第一信号,以及控制所述标准传感器生成第二信号,以及控制所述标准信号源生成第三信号;
[0009] 所述被测传感器和标准传感器,用于输出所述第一信号及第二信号至所述数据采集卡;
[0010] 所述数据采集卡及测试仪器,用于依据所述第一信号计算第一转换数值,依据所述第二信号计算第二转换数值;
[0011] 所述标准信号源,用于输出所述第三信号至所述被测采集器;
[0012] 所述被测采集器,用于依据所述第三信号计算第三转换数值;
[0013] 所述计算机,用于判断所述第一转换数值是否与所述第二转换数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则判定所述被测传感器出现故障,并从所述维修知识数据库中获取所述故障对应的故障诊断报告和维修方案;
[0014] 或者,判断所述第三转换数值是否与所述标准信号源数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则判定所述被测采集器出现故障,并从所述维修知识数据库中获取所述故障对应的故障诊断报告和维修方案。
[0015] 优选地,所述系统基于面向仪器系统的外部控制器接口扩展平台PXI总线系统进行构建;在所述PXI总线系统中,所述计算机、数据采集卡、多路通信控制器,控制接口以及测试仪表共享多个组件;所述组件包括机箱和电源;所述机箱内包括控制器、程控电源、示波器、万用表、数据采集卡。
[0016] 优选地,所述系统还包括多路开关,所述被测传感器包括钼电阻温度传感器;所述标准传感器包括钼电阻标准器,所述钼电阻温度传感器和钼电阻标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0017] 优选地,所述被测传感器包括湿度传感器;所述标准传感器包括HMP45A湿度标准器或HMP4®湿度标准器,所述湿度传感器和HMP45A湿度标准器或HMP4®湿度标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0018] 优选地,所述被测传感器包括自动压力设备、气压传感器;所述标准传感器包括PTB220气压标准器,所述自动压力设备与所述气压传感器和PTB220气压标准器连接,所述气压传感器和PTB220气压标准器与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0019] 优选地,所述被测传感器包括机械风传感器、超声风传感器;所述标准传感器包括参考标准器,所述机械风传感器、超声风传感器和参考标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0020] 优选地,所述被测传感器包括双翻斗雨量计、单翻斗雨量计和称重式雨量计,所述双翻斗雨量计和单翻斗雨量计通过所述多路开关与频率测试模块连接,所述频率测试模块通过所述多路通信控制器与所述计算机连接;所述称重式雨量计通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0021] 优选地,所述维修知识数据库包括系统的实物图、原理框图、电原理图的至少一种。
[0022] 优选地,所述故障诊断报告包括自动气象站故障对应的位置信息,所述维修方案包括维修工作所需的参考信息。
[0023] 优选地,所述系统还包括显示器、打印机。
[0024] 与现有技术相比,本发明实施例包括以下优点:
[0025] 本发明实施例中建立了一体化的系统平台,平台采用虚拟仪器和模块化结构,可同时连接多个测量模块,每个测量模块可以同时实现多个通道的测量,由此满足在一个平台上开展多个不同型号、不同厂家的仪器(比如传感器)的参数的测量,具体而言,系统可以通过控制仪器输出标准信号源,然后根据标准信号源进行换算时的数值判断出自动气象站是否出现故障,以及出现故障的位置,有效解决了国内布网的多种型号自动气象站测试与故障诊断方面的问题,尤其是故障诊断问题。
[0026] 本发明实施例中建立了适合于国内布网的多种型号的自动气象站测试与维护专用“自动气象站维护维修知识数据库”,利用维修知识数据库可以根据仪器测试数据自动进行分析,并提交自动气象站的诊断报告和维修方案。此外可以随时更新维修知识数据库中维修数据。在维修知识数据库中嵌入有仪器、系统各个模块的实物图、原理框图、电原理图等图形信息,可以根据测试数据隔离相关故障模块,并给出隔离点基本信息、标记显示隔离点在被测件实物图及电原理图中的位置。借助此数据库,可辅助技术人员对自动气象站部件进行故障诊断,以及指导技术人员对自动气象站设备的测试和维修。
[0027] 本发明实施例采用嵌入式技术,在硬件设计方面选择PXI总线平台作为系统的核心,采用模块化和可扩展的体系结构。
[0028] 本发明实施例中的软件采用虚拟仪器技术,有效地利用并行数据流编程结构所提供的多线程技术,实现了多个模块及端口的并行运行和通信控制,有效应对各类传感器和其他待测仪器在一个平台中的同时开展测试过程。
[0029] 本发明实施例还实现了系统的自动化和智能化,满足远程操作和故障远处会诊的技术要求,有效提高了自动气象站故障诊断、测试、维修的工作效益。
附图说明
[0030] 图1是本发明的一种自动气象站故障处理系统实施例的结构框图;
[0031] 图2是本发明的一种自动气象站故障诊断、测试、维修系统装置组成框图;
[0032] 图3是本发明的一种自动气象站故障诊断、测试、维修系统装置软件框图;
[0033] 图4是本发明的一种温度传感器自动测试设计的结构框图;
[0034] 图5是本发明的一种湿度传感器自动测试设计的结构框图;
[0035] 图6是本发明的一种气压传感器自动测试设计的结构框图;
[0036] 图7是本发明的一种风向、风速传感器自动测试设计的结构框图;
[0037] 图8是本发明的一种雨量传感器自动测试设计的结构框图;
[0038] 图9是本发明的一种自动气象站采集器自动测试设计的结构框图;
[0039] 图10是本发明的一种维修知识数据库系统设计的结构框图;
[0040] 图11是本发明的一种自动气象站的软件测试流程框图。
具体实施方式
[0041] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0042] 参照图1,示出了本发明一种自动气象站故障处理系统实施例的结构框图,所述系统可以包括计算机、数据采集卡、多路通信控制器,控制接口、标准传感器、被测传感器、标准信号源以及测试仪表,所述数据采集卡可以与所述测试仪表相连,在所述计算机上可以建立有自动气象站的维修知识数据库,在所述计算机上可以设置有标准信号源以及其对应的标准信号源数值,所述系统具体可以包括:
[0043] 所述多路通信控制器101,用于选择被测传感器和被测采集器;
[0044] 所述控制接口 102,用于发送所述标准信号源至所述被测采集器,或者预置的程控电源通过所述控制接口控制所述被测传感器生成第一信号,以及控制所述标准传感器生成第二信号,以及控制所述标准信号源生成第三信号;
[0045] 所述被测传感器和标准传感器103,用于输出所述第一信号及第二信号至所述数据采集卡;
[0046] 所述数据采集卡及测试仪表104,用于依据所述第一信号计算第一转换数值,依据所述第二信号计算第二转换数值;
[0047] 所述标准信号源105,用于输出所述第三信号至所述被测采集器;
[0048] 所述被测采集器106,用于依据所述标准信号源计算第三转换数值;
[0049] 所述计算机107,用于判断所述第一转换数值是否与所述第二转换数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则判定所述被测传感器出现故障,并从所述维修知识数据库中获取所述故障对应的故障诊断报告和维修方案;
[0050] 或者,判断所述第三转换数值是否与所述标准信号源数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则判定所述采集器出现故障,并从所述维修知识数据库中获取所述故障对应的故障诊断报告和维修方案。
[0051] 在本发明具体应用的一种示例中,首先通过多路通信控制器可以选择被测传感器和被测采集器,通过控制接口计算机可以控制标准信号源输出,并将该标准信号源输出信号发送至被测采集器,被测采集器则可以根据标准信号源计算出换算的数值,比如温度数值、湿度数值、气压数值等等。标准信号源对应设置好了标准数值,故如果发现换算后的数值与标准数值不一致,或者超过允许的误差范围,则可以判定被测采集器出现故障,并从维修知识数据库中获取对应的故障诊断报告和维修方案,以加快技术人员对于故障的处理速度。在本发明的一种优选实施例中,所述系统可以基于面向仪器系统的外部控制器接口扩展平台PXI总线系统进行构建。在所述PXI总线系统中,所述计算机、数据采集卡、多路通信控制器,控制接口以及被测传感器等设备可以共享多个组件;其中,所述组件可以包括机箱和电源;所述机箱内可以包括控制器、程控电源、示波器、万用表、数据采集卡。
[0052] PXI (PCI extens1ns for Instrumentat1n,面向仪器系统的 PCI 扩展)是一种基于计算机的测量和自动化平台,是一种模块化和可扩展的体系结构,在PXI总线系统中所有仪器可以共享多个组件,具体可以包含机箱、电源等等其他组件。如果系统要添加新的仪器,只需将相应的模块插入机箱的空闲插槽中即可,构建了一个功能强大,集成度高,适合各种类型的自动气象站的测试系统,使得在系统中新添功能变得简单,灵活,大大降低了系统的造价和成本。此外,采用PXI总线结构可以选择众多的模块及产品,从而实现众多的基本测试功能(比如模拟输出输入、数字输入输出等等)。PXI总线系统的拓展功能强大,还可以连接到多种仪器总线(如USB、以太网/LAN以及GPIB)。
[0053] 需要说明的是,本发明实施例的系统可以采用其他平台作为系统的核心,本发明实施例对此不加以限制。
[0054] 在具体实现中,本发明实施例是自动气象站故障诊断、测试、维修系统装置,该系统中包括:计算机(计算机上建立有自动气象站的维修知识数据库和软件)、一套插卡式的测试仪表,这些测试仪表通过PXI总线相连接,安放在一个机箱内,为了完成自动测试功能,在机箱内可以有:控制器(嵌入式计算机)、程控电源(可通过程序控制给被测传感器供电)、示波器、万用表、数据采集器(可以采集从被测传感器输出的和标准传感器输出的多路模拟和数字信号)为了区分被测采集器,此处称为数据采集卡。
[0055] 在本发明实施例中,被测传感器主要是指自动气象站。自动气象站主要由传感器、采集器、电源系统组成,为了便于测试及故障诊断,在本发明实施例中将自动气象站拆分为两部分,一部分是各种传感器,另一部分是采集器。
[0056] 在本发明的一种优选示例中,传感器的故障判断方法是,将被测传感器和标准传感器放在相同的环境下,接好连线后,在程序的控制下,先由程控电源给传感器供电,由数据采集卡采集被测传感器和标准传感器输出的模拟或数字信号,经过数据处理后,判断被测传感器换数值是否与所述标准传感器转换值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则自动判定所述被测传感器出现故障。
[0057] 在本发明的另一种优选示例中,采集器的故障判断方法是,使用可以模拟传感器输出的标准信号源,标准信号源可以模拟各种传感器输出的信号,将这些信号连接到被测采集器的输入端,被测采集器的输出端采用RS232串口与计算机相连,通过多路通信控制器,计算机可以与多台采集器相连,通过程序控制标准信号源的输出,自动接收被测采集器的输出信息,经数据处理后,判断换数值是否与所述标准信号源输出数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则自动判定所述被测采集器出现故障。
[0058] 参照图2所示的本发明的一种自动气象站故障诊断、测试、维修系统装置组成框图,自动气象站进行故障诊断、测试系统硬件主要由计算机硬件平台、被测传感器、数据采集卡、高质量的输入输出接口 I/o等等组成。
[0059]自动气象站进行自动测试平台的硬件系统构成可分为测试仪器、接口模块、计算机硬件平台二部分。
[0060] 计算机硬件平台可以是各种类型的计算机,如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等等。计算机管理着仪器的软硬件资源,是主要的硬件基础。计算机技术在显示、存储能力、处理能力、网络、总线标准等方面的发展,使得自动测试系统的扩展面更广。具体地,自动气象站可以包括如下模块:
[0061] ①接口系统:接口系统是组成系统的关键部件。它可以是根据测量目的(被测组件的特性)将所需的全部测试仪器或装置连接起来,组成一个完整的系统。
[0062] ②计算机或控制器:负责指挥系统中的所有其他设备,完成测试要求的各项测量任务。
[0063] ③各类程控仪器:所有接于接口系统的电子仪器,智能仪器或虚拟仪器,它们受主控计算机的控制,完成某种测量任务或输出一定的激励信号。
[0064] ④其他测试装置:包括显示器、打印机等,用于自动显示或记录自动测试系统的测试结果。
[0065] 在具体实现中,系统采用GPIB(General Purpose Interface Bus,通用接口总线)总线或者线路连接计算机和其他仪器。在本发明实施例中,各仪器都用标准化的接口和总线,按照搭积木的形式连接起来。系统中的各控制仪器包括计算机和可控开关等等模块,均配有标准化接口,用统一的无源总线连接起来。
[0066] 在本发明的一种优选示例中,传感器、采集器等被测仪器可以通过现场总线仪器、串口仪器等等多个仪器实现多个通道的测量的目的,其中,数据采集卡,即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡,可以通过USB、PX1、PC1、PCI Express、以太网、各种无线网络等总线接入计算机,数据采集卡具有多个模拟通道和多个数字通道的测量功能。自动测试软件安装在插卡式控制器上进行故障诊断软件、故障数据库管理软件安装在计算机上,用户可以通过操作计算机进行自动气象站的故障诊断、测试、维修。
[0067] 参照图3所示的本发明的一种自动气象站故障诊断、测试、维修系统装置软件框图,自动测试系统软件主要完成测试设备的参数设置、信号控制、被测对象控制、测试结果的数据采集、数据处理,还包括二次开发接口、人机交互界面、系统通讯、文档处理等等。系统测试软件平台可根据测试维修的不同要求,选择相应的软件模块,技术人员也可通过二次开发接口进行其他新型自动气象的研发工作。
[0068] 软件测试程序拟采用模块化设计思路,并为系统的二次开发提供软件编程接口,完成系统界面、相关控制和数据处理等功能。在自动测试系统软件开发中,根据测试对象自动选择通道、测试模块、驱动程序。软件的功能有无限的数据记录能力、多种显示选择、自定义的分析方法、扩展的其他测试功能、时间标记及测量注解、网络数据存取、数据共享、测量关联及数据输出、相关数据库及信息系统间的通讯、自动生成测试报告、高质量打印测试评估报表等功能。
[0069]自动气象站故障处理系统的主要功能描述:①信号测量,包括采集方式选择,通道选择;②算法、输出曲线、统计和分析;③数据报表,包括各类传感器的测试结果数据报表;④传感器自动诊断、故障判别,打印输出测试报告;⑤建立测试结果维修知识数据库,在局域网资料传递与共享。
[0070] 作为本发明具体应用的一种示例,技术人员可以通过计算机上的用户界面人机交互菜单进行自动气象站的故障诊断、测试、维修,其中,系统配置程序可以对系统进行配置操作,接口管理程序可以对系统的接口进行管理操作。当技术人员对自动气象站进行诊断时,可以通过计算机的测试软件,通过控制接口控制标准信号源的输出,标准信号源与被测自动站采集器相连,被测采集器采集标准信号源输出的标准信号,并在仪器上换算出对应数值,被测采集器通过RS232串行接口将数据传输给计算机,计算机根据数值判断是否出现故障,如果是,则从维修知识数据库中获取故障对应的故障诊断报告和维修方案,技术人员则可以根据故障诊断报告和维修方案展开自动气象站的维修操作。
[0071] 参照图4所示的本发明的一种温度传感器自动测试设计的结构框图,所述系统还包括多路开关,所述被测传感器包括钼电阻温度传感器;所述标准传感器包括钼电阻标准器,所述钼电阻温度传感器和钼电阻标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0072] 在本发明的一种优选示例中,自动气象站的温度传感器可以是钼电阻,另外可以采用二等标准钼电阻作为标准器(准确度0.060C ),多个被检测的温度传感器与标准器在相同的环境下通过开关电路与高精度数据采集卡连接,利用计算机及软件进行温度传感器的检测和故障判断。可同时测试多个温度传感器,并输出的诊断报告。
[0073] 具体地,将多个被测的温度传感器与标准温度传感器放在相同的环境温度下,利用计算机及软件采集上述温度传感器的电阻值,可换算出温度数值。如果被测的温度传感器的温度值与标准温度传感器的温度数值相同或在允许的误差之内,则可以判断被测的温度传感器是可用的,否则可判断被测的温度传感器有故障。
[0074] 参照图5所示的本发明的一种湿度传感器自动测试设计的结构框图,所述被测传感器包括湿度传感器;所述标准传感器包括HMP45A湿度标准器或HMP4®湿度标准器,所述湿度传感器和HMP45A湿度标准器或HMP4®湿度标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0075] 在本发明的一种优选示例中,可以采用已经实验室检定的HMP45A或HMP4®温湿传感器作为标准器(准确度< 2% RH),标准器、其他被检测的湿度传感器同时与多通道数据采集卡等组成测试系统。计算机控制进行标准湿度传感器和多个待测湿度传感器的数据采集和处理,并计算出检测结果,如果被测的湿度传感器的湿度值与标准湿度传感器的湿度数值相同或在允许的误差之内,则可以判断被测的湿度传感器是可用的,否则可判断被测的湿度传感器有故障。
[0076] 参照图6所示的本发明的一种气压传感器自动测试设计的结构框图,所述被测传感器包括自动压力设备、被测气压传感器;所述标准传感器包括PTB220气压标准器,所述自动压力设备与所述气压传感器和PTB220气压标准器连接,所述被测气压传感器和PTB220气压标准器与所述多路通信控制器连接,所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0077] 在本发明的一种优选示例中,可以选配自动压力设备(压力范围550〜IlOOhPa),配置多路压力转换器,选取PTB220 (精度为0.3hPa)作为标准器,并通过多路通信控制器与计算机连接。计算机进行数据采集与处理,并计算出检测结果,如果被测的气压传感器的气压值与标准气压传感器的气压数值相同或在允许的误差之内,则可以判断被测的气压传感器是可用的,否则可判断被测的气压传感器有故障。
[0078] 参照图7所示的本发明的一种风向、风速传感器自动测试设计的结构框图,所述被测传感器包括机械风向传感器、机械风速传感器,所述机械风传感器测试工装与所述机械风传感器连接,所述机械风传感器通过所述多路开关与所述数据采集卡、电压电流测试模块和频率测试模块连接,所述数据采集卡、电压电流测试模块和频率测试模块通过所述多路通信控制器与所述计算机连接,计算机通过控制接口与测试工装连接,并对测试工装进行控制。
[0079] 在本发明的一种优选示例中,可以主要由多功能测试模块、多路数据采集卡和机械风传感器测试工装等组成。选配机械风传感器测试工装(风速范围O〜60米/秒,风向范围O〜360度),利用测试模块和数据采集卡测试机械风传感器输出的电压、频率、格雷码数据。经控制器换算后传送给计算机,计算机进行数据的处理后得到检测结果。
[0080] 具体地,风速传感器输出信号是频率,将风速传感器做匀速转动(受测试工装控制,且风速值是已知的),测量频率值,可换算出风速数值,根据风速数值可判断该风速传感器是否有故障。风向传感器输出信号是7位格雷码(数字信号,高低电平),将风向标转一圈(受测试工装控制,且风向值是已知的),并自动分别读取各角度的数据,可换算出对应的风向值,即可判断该风向传感器是否有故障。
[0081] 参照图8所示的本发明的一种雨量传感器自动测试设计的结构框图,所述被测传感器包括双翻斗雨量计、单翻斗雨量计和称重式雨量计,所述双翻斗雨量计和单翻斗雨量计通过所述多路开关与所述频率测试模块连接,所述频率测试模块通过所述多路通信控制器与所述计算机连接;所述称重式雨量计通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
[0082] 在本发明的一种优选示例中,利用频率测试模块直接测量双翻斗雨量计、单翻斗雨量计的计数值,称重式雨量计采用RS232串口通过所述多路通信控制器与计算机相连,计算机对采集的各个传感器数据进行分析后得到测试结果。具体操作方法是将水放入标有刻度的量杯中,将量杯中的水缓慢倒入被测雨量传感器中,倒入的水量是已知的,如果被测雨量计输出的测量值与倒入雨量传感器中水的数值相同或在允许的误差之内,则可以判断被测雨量传感器是可用的,否则可判断被测雨量传感器有故障。
[0083] 需要说明的是,本发明实施例的系统测试项目可以包括气压、温度、湿度、风向、风速、雨量等要素,经扩充后还可测量其它要素,本发明实施例对此不加以限制。
[0084] 参照图9所示的本发明的一种自动气象站采集器自动测试设计的结构框图,数据采集器自动检测系统可对气象台站使用的各种不同型号的自动气象站的数据采集器进行性能测试,如输入电阻、采样速率、线性度、测量误差、时间漂移、通道间串扰、可靠性、安全性和抗干扰性等等。
[0085] 数据采集器自动检测系统硬件主要资源包括:
[0086] ①标准信号源:标准信号源可模拟温度、气压、湿度、风向、风速、雨量、辐射等传感器的输出信号。其中包括:电压、电阻、频率、数字等信号,将各种信号分别与被测采集器连接。
[0087] ②多路通信控制器:通过多路通信控制器,计算机可分别对各被测采集器进行控制和接收各被测采集器数据。
[0088] ③控制接口:通过控制接口,计算机可控制标准信号源输出的信号种类和信号数值。
[0089] ④计算机:计算机通过被测采集器的输出数据可判断该采集器是否有故障。例如,计算机控制标准信号源输出一个气温为50°C的电阻值,被测采集器采样该电阻值,经过A/D转换及数据处理,计算出温度值,输出给计算机,计算机判断该温度值是否为50°C或者在允许的误差之内,如果是被测采集器该测量通道为正确,否则可判断采集器该测量通道超差。
[0090] 本发明实施例中采用成熟的标准设备和研制符合标准接口要求的通用控制器、数据采集装置,为传感器、采集器提供测试所需的信号环境和测试环境。硬件测试资源能最大限度地实现平台的开放性、灵活性和可扩展性,并使系统具有二次开发能力,允许用户根据不同的测试对象灵活地增加硬件资源。
[0091] 参照图10所示的本发明的一种测试平台维修知识数据库系统设计的结构框图,所述维修知识数据库面向基层保障工作,包括自动气象站故障诊断、维修工作所需的重要参考信息、故障统计与分析数据。关键测试点、故障率高或易出现故障的传感器、接口、模块电气参数。
[0092] 采取面向对象程序设计,操作界面简便。可以按各厂家、不同类型自动气象站的故障进行归类管理,根据自动站型号、批次、测试点、测试点参数、测试点正确波形构建数据库元素,形成适应区域(省)、台站的测试与维修专用知识数据库。
[0093] 在具体实现中,维修知识数据库可以为技术人员提供参照数据。自动站温度传感器使用的是钼电阻,如气温从-50到+50度变化,温度传感器输出阻值大约从80欧姆到120欧姆之间变化,自动站采集器采集到温度传感器输出的电阻值,就可换算出温度值。假设自动站温度出现故障,首先要判断是传感器还是采集器的故障,将标准信号源的温度信号连接到被测采集器对应的测量通道,因为温度值是已知的,读取采集器输出数据就可判断采集器是否有故障,如果有故障,可以通过换算的温度数值可以判断出可能出现故障的模块(从采集器温度测量通道开始-接口电路-放大电路-A/D转换电路-CPU-串口电路,都可能出现故障,可以根据标记显示的位置去查找具体的故障位置),并可通过此维修知识数据库(数据库存有被测组件的相关技术资料),在被测件实物图及原理图中标记显示出可能出现故障的位置。
[0094] 维修知识数据库中可以存储有以前的故障维修案例,可以经过有维修经验的技术人员提炼、确认后,将各种维修故障案例存入此数据库中。维修知识数据库具有多种查询方式,如可根据故障现象进行查询,故障数据库可给出该现象可能出现故障的位置,提示技术人员的检测步骤及检测方法,提高故障检测效率。
[0095] 作为本发明具体应用的一种示例,自动气象站进行检测的过程可以参照图11所示的本发明的一种自动气象站的软件测试流程框图,具体可以包括如下步骤:
[0096] 1,选择传感器、采集器型号;
[0097] 2、选择测试参数和测试模式;
[0098] 3、判断是否开始进行测试;若是,则执行步骤4 ;
[0099] 4、启动测试进程,对自动气象站进行故障测试,并根据测试结果从维修知识数据库中获取对应的维修信息;
[0100] 5、重置软件后返回步骤4 ;
[0101] 6、判断单项测试结束是否结束;若是,则执行步骤5,若是,则执行步骤7 ;
[0102] 7、判断所有测试是否结束;若是,则执行步骤8,若否,则返回步骤I ;
[0103] 8、针对测试结果进行数据处理、分析、存储、打印。
[0104] 本发明实施例建立了一体化的系统平台,系统平台采用虚拟仪器和模块化结构,可同时连接多个测量模块,每个测量模块又可以同时实现多个通道的测量,由此满足在一个平台上开展多个不同型号、不同厂家的仪器(比如传感器)的参数的测量,具体而言,为了便于测试及故障诊断,在本发明实施例中将自动气象站拆分为两部分,一部分是各种传感器,另一部分是采集器。传感器的故障判断方法是,将被测传感器和标准传感器放在相同的环境下,经过数据处理后,判断被测传感器换数值是否与所述标准传感器转换值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则自动判定所述被测传感器出现故障。采集器的故障判断方法是,使用可以模拟传感器输出的标准信号源,标准信号源可以模拟各种传感器输出的信号,计算机通过程序控制标准信号源的输出,自动接收被测采集器的输出信息,经数据处理后,判断换数值是否与所述标准信号源输出数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则自动判定所述被测采集器出现故障。本发明可以解决国内布网的多种型号自动气象站测试与故障诊断方面的问题,尤其是故障诊断问题。
[0105] 本发明实施例建立了适合于国内布网的多种型号的自动气象站系统测试与维护专用“自动气象站维护维修知识数据库”,可以根据测试结果,自动分析,提交供诊断报告和维修方案。此外可以随时更新维修知识。在维修知识数据库中嵌入被测设备、模块的实物图、原理框图、电原理图等图形信息,可以根据测试数据隔离相关故障模块,并给出隔离点基本信息、标记显示隔离点在被测件实物图及电原理图中的位置。借助此数据库,可辅助数据库对自动站部件的故障进行诊断,指导技术人员对自动气象站设备的测试和维修。
[0106] 本发明实施例采用嵌入式技术,在硬件设计方面可以选择PXI总线平台作为测试系统的核心,采用模块化和可扩展的体系结构。这种采用嵌入式技术,实现测试系统的自动化和智能化,满足远程操作和故障远处会诊的技术要求,有效提高了自动气象站故障诊断、测试、维修的工作效益。
[0107] 本发明实施例中的软件采用虚拟仪器技术,有效地利用并行数据流编程结构所提供的多线程技术,实现了多个模块及端口的并行运行和通信控制,有效应对各类传感器和其他待测仪器在一个平台中的同时开展测试过程。
[0108] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0109] 以上对本发明所提供的自动气象站故障处理系统,进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种自动气象站故障处理系统,其特征在于,所述系统包括计算机、数据采集卡、多路通信控制器,控制接口、标准传感器、被测传感器、标准信号源以及测试仪表,所述数据采集卡与所述测试仪表相连,在所述计算机上建立有自动气象站的维修知识数据库,在所述计算机上设置有标准信号源以及其对应的标准信号源数值,所述系统包括: 所述多路通信控制器,用于选择被测传感器和被测采集器; 所述控制接口,用于发送所述标准信号源至所述被测采集器,或者预置的程控电源通过所述控制接口控制所述被测传感器生成第一信号,以及控制所述标准传感器生成第二信号,以及控制所述标准信号源生成第三信号; 所述被测传感器和标准传感器,用于输出所述第一信号及第二信号至所述数据采集卡; 所述数据采集卡及测试仪表,用于依据所述第一信号计算第一转换数值,依据所述第二信号计算第二转换数值; 所述标准信号源,用于输出所述第三信号至所述被测采集器; 所述被测采集器,用于依据所述第三信号计算第三转换数值; 所述计算机,用于判断所述第一转换数值是否与所述第二转换数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则判定所述被测传感器出现故障,并从所述维修知识数据库中获取所述故障对应的故障诊断报告和维修方案; 或者,判断所述第三转换数值是否与所述标准信号源数值一致或者在允许的误差范围之内,若否,则判定所述被测采集器出现故障,并从所述维修知识数据库中获取所述故障对应的故障诊断报告和维修方案。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统基于面向仪器系统的外部控制器接口扩展平台PXI总线系统进行构建;在所述PXI总线系统中,所述计算机、数据采集卡、多路通信控制器,控制接口以及测试仪表共享多个组件;所述组件包括机箱和电源;所述机箱内包括控制器、程控电源、示波器、万用表、数据采集卡。
3.根据权利要求1或2所述的系统,其特征在于,所述系统还包括多路开关,所述被测传感器包括钼电阻温度传感器;所述标准传感器包括钼电阻标准器,所述钼电阻温度传感器和钼电阻标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述被测传感器包括湿度传感器;所述标准传感器包括HMP45A湿度标准器或HMP4®湿度标准器,所述湿度传感器和HMP45A湿度标准器或HMP4®湿度标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
5.根据权利要求1或2所述的系统,其特征在于,所述被测传感器包括自动压力设备、气压传感器;所述标准传感器包括PTB220气压标准器,所述自动压力设备与所述气压传感器和PTB220气压标准器连接,所述气压传感器和PTB220气压标准器与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
6.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述被测传感器包括机械风传感器、超声风传感器;所述标准传感器包括参考标准器,所述机械风传感器、超声风传感器和参考标准器通过所述多路开关与所述数据采集卡连接,所述数据采集卡通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
7.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述被测传感器包括双翻斗雨量计、单翻斗雨量计和称重式雨量计,所述双翻斗雨量计和单翻斗雨量计通过所述多路开关与频率测试模块连接,所述频率测试模块通过所述多路通信控制器与所述计算机连接;所述称重式雨量计通过所述多路通信控制器与所述计算机连接。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述维修知识数据库包括系统的实物图、原理框图、电原理图的至少一种。
9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于,所述故障诊断报告包括自动气象站故障对应的位置信息,所述维修方案包括维修工作所需的参考信息。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括显示器、打印机。
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