CN104678457A - 一种智能气象传感器 - Google Patents

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Abstract

一种智能气象传感器，包括敏感单元、信号转换单元、嵌入式微处理器、通信接口单元、电源单元；嵌入式微处理器，通过相关智能算法，完成对信号转换单元输出的数字信号的数据处理；并接收上位机的参数设置，以及传感器自检和自诊断；所述相关智能算法为：嵌入式微处理器接口初始化后，判断是否到达气象传感器的最小采样时间，若是，则进行采样并对采样的数据处理；若否，则判断是否到达通信协议中规定的气象要素输出时间，若是则输出嵌入式微处理器中处理后的数据，若否则返回继续判断是否到达采样输出时间，若是则输出嵌入式微处理器中处理后的数据，若否则返回继续判断是否到达采样时间。通过该智能气象传感器直接输出的是所需测量的气象参量。

Description

一种智能气象传感器
技术领域
本发明涉及气象传感器的设计，尤其是各种气象传感器的智能化设计。
背景技术
气象传感器是开展气象要素测量的重要部件，传统气象传感器组成如图1所示，主要由敏感元件和信号转换单元等组成，输出的是电阻、电压或脉冲信号等电参量，而不是需要测量的气温、湿度、气压、风向、风速等气象参量。将电参量转换为气象参量，还需要另外的数据采集器完成信号调理、线性化处理、定标转换、数据质量控制等，由于各类传感器的补偿参数及定标系数等固化在数据采集器中，且每个传感器对应的参数及系数都不相同，因此在气象传感器出现故障更换时，同时需要对数据采集器内的补偿参数等进行重新修订，数据采集软件也需要更新，从而造成传统气象传感器维修更换与计量检定复杂，无法实现传感器的热拔插。
另外，由于传统气象传感器仅有敏感单元和简单信号转换功能，没有数据处理芯片，无法实现传感器状态的检测诊断和对数据信号的质量控制处理等智能化功能。
发明内容
本发明的目的是，提供一种智能化气象传感器，解决传统气象传感器智能化程度低、维修更换与计量检定复杂等弊端。
本发明的技术方案是：一种智能气象传感器，包括敏感单元、信号转换单元、嵌入式微处理器、通信接口单元、电源单元；
所述敏感单元包括对气象要素感应的智能气象传感器，用于将气象要素转换为相应电参量；
所述信号转换单元包括低通滤波、信号调理、A/D转换，用于实现对敏感单元输出电参量的调理及模拟量/数字量之间的转换；
所述嵌入式微处理器，通过相关智能算法，完成对信号转换单元输出的数字信号的数据处理；并接收上位机的参数设置，以及传感器自检和自诊断；
所述相关智能算法为：嵌入式微处理器接口初始化后，判断是否到达气象传感器的最小采样时间，若是，则进行采样并对采样的数据处理；若否，则判断是否到达通信协议中规定的气象要素输出时间，若是则输出嵌入式微处理器中处理后的数据，若否则返回继续判断是否到达采样时间；所述数据处理包括数字滤波、非线性补偿、工程量到气象参量的转换、质量检查、存储、通信控制；
所述通信接口单元设置单模单纤双向ST光接口，异步串行I/O方式按照统一的数据传输协议进行数据和命令的传输；具有主动发送、应答发送两种通信模式；当传感器加电连接到上位机后，主动发送登录信息，在登录成功后，按照预设模式与上位机进行数据和命令的通信。
进一步的，所述嵌入式微处理器为采用ARM、DSP或者FPGA技术的微处理模块。
进一步的，所述登录信息包括智能气象传感器生产厂家、生产日期、传感器种类、生产批号和序列号，采用通信协议中规定的编码方式实现。
进一步的，所述预设模式通过上位机进行设置，为主动模式、应答模式、或者设置自动发送时间间隔。
进一步的，所述电源模块采用直流12V供电，并根据嵌入式微处理器的需要转换为相应的直流电压。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：智能气象传感器直接输出的是所需测量的气象参量，所需要的质量检查、修正处理在智能气象传感器内部完成，具有统一的电源、通信接口和通信协议和主动登录功能，方便了维修更换与计量检定，实现了传感器的自检、自诊断、热拔插和上位机的自动识别功能。
附图说明
图1传统气象传感器组成框图；
图2智能气象传感器的基本结构；
图3智能算法程序流程图。
具体实施方式
如图2所示，采用嵌入式微处理器技术，使传统的气象传感器具有智能化处理功能和数据质量控制功能。智能气象传感器由敏感单元、信号转换单元、嵌入式微处理器、通信接口单元、电源单元及相关智能算法软件组成。智能气象传感器接入具有通信接口的显示终端后即可组成一种气象观测仪器。
所述敏感单元由对气象要素感应的元件和装置组成，用于将气象要素转换为相应电参量。
所述信号转换单元由低通滤波、信号调理、A/D转换等相关部件组成，用于实现各类电信号的调理及模拟量/数字量之间的转换。
所述嵌入式微处理器，通过相关智能算法，完成对信号转换单元输出的数字信号的数据处理；并接收上位机的参数设置，以及传感器自检和自诊断；如图3所示，所述相关智能算法为：嵌入式微处理器接口初始化后，判断是否到达气象传感器的最小采样时间，若是，则进行采样并对采样的数据处理；若否，则判断是否到达通信协议中规定的气象要素输出时间，若是则输出嵌入式微处理器中处理后的数据，若否则返回继续判断是否到达采样时间；所述数据处理包括数字滤波、非线性补偿、工程量到气象参量的转换、质量检查、存储、通信控制。
所述通信接口单元采用光纤接口、异步串行I/O方式按照统一的数据传输协议进行数据和命令的传输。具有主动发送、应答发送两种通信模式。当传感器加电连接到上位机后，主动发送登录信息，在登录成功后，按照预设模式与上位机进行数据和命令的通信。登录信息包括当传感器智能气象传感器生产厂家、生产日期、传感器种类、生产批号和序列号等，采用规定的编码方式实现。预设模式可以通过上位机进行设置，如主动或应答模式、自动发送时间间隔等。
所述电源模块采用直流12V供电，并根据嵌入式微处理器的需要转换为相应的直流电压。
敏感单元感应气象要素，通过信号转换单元进行转换后，由嵌入式微处理器内部的智能算法，按照流程进行采样处理，经过内部低通滤波、信号调理、A/D转换、非线性补偿、工程量到气象参量的转换、质量检查后生成所需的气象参量，并进行数据存储和传输。
每一个气象传感器具有唯一的ID号，标识传感器类型、生产厂家、生产日期、编号等信息。通信接口单元采用单模单纤双向ST光接口，发送/接收波长1310/1550nm。光纤通信采用RS-232c标准。通过上位机对传感器校准参数、质量控制参数以及相应的采集处理参数，如采样频率、平均时间长度、输出时间间隔等进行设置。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优选实施方式。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰都落入本发明的保护范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物规定。

Claims (5)

1.一种智能气象传感器，其特征在于：包括敏感单元、信号转换单元、嵌入式微处理器、通信接口单元、电源单元；
所述敏感单元包括对气象要素感应的智能气象传感器，用于将气象要素转换为相应电参量；
所述信号转换单元包括低通滤波、信号调理、A/D转换，用于实现对敏感单元输出电参量的调理及模拟量/数字量之间的转换；
所述嵌入式微处理器，通过相关智能算法，完成对信号转换单元输出的数字信号的数据处理；并接收上位机的参数设置，以及传感器自检和自诊断；
所述相关智能算法为：嵌入式微处理器接口初始化后，判断是否到达气象传感器的最小采样时间，若是，则进行采样并对采样的数据处理；若否，则判断是否到达通信协议中规定的气象要素输出时间，若是则输出嵌入式微处理器中处理后的数据，若否则返回继续判断是否到达采样时间；所述数据处理包括数字滤波、非线性补偿、工程量到气象参量的转换、质量检查、存储、通信控制；
所述通信接口单元设置单模单纤双向ST光接口，异步串行I/O方式按照统一的数据传输协议进行数据和命令的传输；具有主动发送、应答发送两种通信模式；当传感器加电连接到上位机后，主动发送登录信息，在登录成功后，按照预设模式与上位机进行数据和命令的通信。
2.根据权利要求1所述的一种智能气象传感器，其特征在于：所述嵌入式微处理器为采用ARM、DSP或者FPGA技术的微处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种智能气象传感器，其特征在于：所述登录信息包括智能气象传感器生产厂家、生产日期、传感器种类、生产批号和序列号，采用通信协议中规定的编码方式实现。
4.根据权利要求1所述的一种智能气象传感器，其特征在于：所述预设模式通过上位机进行设置，为主动模式、应答模式、或者设置自动发送时间间隔。
5.根据权利要求1所述的一种智能气象传感器，其特征在于：所述电源模块采用直流12V供电，并根据嵌入式微处理器的需要转换为相应的直流电压。
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