CN201436594U

CN201436594U - 一种电子气象站

Info

Publication number: CN201436594U
Application number: CN2009200763799U
Authority: CN
Inventors: 龚兆岗; 段菲; 黄维; 任领美
Original assignee: SHANGHAI BRIGHT ELECTRONIC SYSTEMS Ltd; Shanghai Maritime University
Current assignee: SHANGHAI BRIGHT ELECTRONIC SYSTEMS Ltd; Shanghai Maritime University
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2019-06-16

Abstract

本实用新型公开了一种新型的电子气象站，具体为具有以太网接口的将风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压等气象要素的测量集成到一根立柱上的气象站。本实用新型可视为一个的网络终端。不需要为了采集气象数据到空旷的的地方，铺设很长的通信线路，也不需要为了实现电话线数据传输或标准RS_232和RS_485总线数据传输而专门就近设置PC机。所述的一种新型的电子气象站还包括RS_232串行接口的微型处理器相连接的RS_232串行接口，多输入信号按循环的方式进行发送。RS_232串行接口是为了对本实用新型的进行扩展以便于将测量数据传送到其他设备上进行处理。

Description

一种电子气象站

技术领域：

本实用新型涉及一种电子气象站，具体为一种可以检测风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压等气象要素的具有网络接口的电子气象站。

背景技术：

传统的气象站是将测量各个气象要素的仪器单独放置在一个地方，由人工定时记录所测得的结果。

随着科技的发展，出现了自动气象站，与传统气象站相比可以由机器来自动记录气象要素，由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象站。

随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上。具有标准RS_232和RS_485通讯功能，支持MODBUS通讯协议，可以通过有线、移动无线GPRS和无线数传电台等多种通讯方式与计算机相连，通过对自动站运行状态数据的分析，实现自动站的远程监控。

自动气象站测量每个气象要素时是将每个测量使用的传感器单独放置在一个地方，外面加上外壳。这种气象站能自动完成测量数据的记录，但是将每个传感器单独放置要占据一定的空间，要将这块区域专门预留下来，只是适合比较空旷的地方，可移植性较差。也需要为了实现RS_232和RS_485传输就近设置PC机或铺设很长的通信线路。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于嵌入式系统的将测量要素集成到一根立杆上的具有网络接口的电子气象站，可以节省大量的空间，可移植性较高，可以自动将测量的数据通过网络接口传送到计算机，存储处理。

本实用新型所解决的问题可以采用以下技术方案来实现：

一种新型的电子气象站，它是对于风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压等六个气象要素进行全天候的观测。这种具有网络接口的电子气象站包括传感器数据采集模块、A/D转换模块、微处理器以及以太网接口模块，其特征在于，所述传感器数据采集模块与所述A/D转换模块相连，所述A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号并传递给微型处理器；所述微型处理器与所述以太网接口模块双向通信连接；所述微型处理器对A/D转换模块传入的数字信号进行处理，将信号分阶段传递给以太网接口模块，进而传入以太网。

所述传感器数据采集模块作为传感部件，有别于传统的气象要素单独放在一个空旷空间中分项测量，而是将这六项参数(风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压等)的测量集成到一起，放到一根长的立杆上，并使得该传感部件与外界充分接触。

所述的微处理器是单片机。

所述的以太网接口模块采用TCP/IP协议通信。

上述的一种新型的电子气象站，将各个传感器采集到的信息转化为数字量信号，输入到单片机，使用循环方式调度各个任务，并且传入以太网，最终将数据传输给计算机，因此具有网络接口的电子气象站可视为一个网络终端。

这样不需要为了将采集到的数据传递到远处的数据终端铺设很长的通信线路；也不需要为了实现电话线数据传输或标准RS_232和RS_485总线数据传输而专门在近距离设置PC机。

所述电子气象站还包括RS_232串行接口，微处理器连接RS_232串行接口。RS_232串行接口是对于这种新型的电子气象站进行的扩展，以便于通过RS_232串行接口连接到其它设备上进行数据处理。

所述的单片机为自带A/D转换模块的单片机。采用这种单片机可以减少一个芯片，从而可以减少电路连线、增加稳定性和减少干扰。

所述还设有隔离滤波器，微处理器通过该隔离滤波器连接以太网接口模块。

本实用新型可视为一个的网络终端，便于气象测量系统的组网。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的温度传感器数据采集电路模块示意图。

图3为本实用新型的湿度传感器数据采集电路模块示意图。

图4为本实用新型的风速传感器数据采集电路模块示意图。

图5为本实用新型的风向传感器数据采集电路模块示意图。

图6为本实用新型的雨量传感器数据采集电路模块示意图。

图7为本实用新型的气压传感器数据采集电路模块示意图。

图8为本实用新型的微处理器和连接电路原理图。

图9为本实用新型的网络接口模块具体电路原理图。

具体实施方式：

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，本实施例中的电子气象站，其中的传感器数据采集模块2分为风速、风向、雨量、温度、相对湿度、气压等六个气象要素的采集，传感器数据采集模块2采集到的数据输出连接到自带A/D转换模块的单片机1的输入端，自带A/D转换模块的单片机1连接以太网接口模块3以及看门狗模块4。

本实施例中当自带A/D转换模块的单片机1距离PC机较远时可以通过以太网接口模块3来进行连接。

通过以太网接口模块3接入以太网，看门狗模块4对自带A/D转换模块的单片机1起到可靠复位及防止死机的作用。

传感器数据采集模块2分为温度传感器数据采集模块5、湿度传感器数据采集模块6、风速传感器数据采集模块7、风向传感器数据采集模块8、雨量传感器数据采集模块9和压力传感器数据采集模块10，这些传感器采集而来的数据输入到自带A/D转换模块的单片机1内的A/D转换电路，A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，自带A/D转换模块的单片机1的运算器将数字信号进行内部运算分析，并将分析的结果通过以太网接口模块3进行处理，最后按TCP/IP协议将数据输出给远处PC或输出给远程主控制器。

参见图2，温度传感器数据采集模块5采用单线数字温度传感器DS18B20，具有微型化、低功耗、高精度、高性能、抗干扰能力强等优点，单线接口，无须外围元件，有9/12位的温度读数。

参见图3，湿度传感器数据采集模块6是带温度补偿的湿度测量电路，其中R1是热敏电阻(20k)，Rh为H204C湿度传感器，运算放大器型号为LM2904，此电路的湿度电压特性及温度特性表明：在(30％～90％)Rh、15℃～35℃范围内，输出电压表示的湿度误差不超过3％Rh。

参见图4，风速传感器数据采集模块7采用风速传感器与等效电阻相连，输出信号连接到单片机上。

参见图5，风向传感器数据采集模块8，将输出的4位信号连接到自带A/D转换的单片机1上进行处理。风速传感数据采集模块7的风速测量范围为0～30m/s，测量误差为±1m/s；而风向传感器数据采集模块8可以测量东、南、西、北、东北、西北、东南、西南八个方向。

参见图6，雨量传感器数据采集模块9所使用的传感器选用我国气象系统通用的翻斗雨量传感器。当降雨量累积0.1mm时，翻斗动作一次，干簧管的两个节点闭合一次(时间约几百个毫秒)，通过电路处理，变为一个低脉冲信号送至MCU的/INTO引脚，MCU进行采集、存储、处理。翻斗雨量传感器常安装于室外，通过电缆引入电子气象站。模块9为雨量信号采集原理图，当开关节点断开时，输出/INTO为高电平，当节点闭合时为低电平模块9中的R10电阻起到旁路由潮湿引起的泄漏电流的作用，R11、R12、R13、D2、C2起到防抖动和抗干扰的作用。

参见图7，压力传感器数据采集模块10采用精度高、分辨率高、重复性好的HPX系列气压传感器，HPX气压传感器的输出的是60±20mV的模拟信号，必须对其进行调理，然后进行A/D转换，变成数字信号进行处理。因为信号比较小，在A/D之前必须把信号放大，这里选用一款价格低的高精度放大集成电路块MAX1452，它是高度集成的高精度信号放大调理器，它具有抗干扰能力强、工作温度范围大、对信号放大进行优化等特性。调整MAX1452把HPX给出的模拟信号放大100倍，这样信号就变成6±2V完全可以进行A/D转换了。

参照图8，图2中的温度传感器数据采集模块5的输出与自带A/D转换模块的单片机1的PB5引脚相连，湿度传感器数据采集模块6的输出与自带A/D转换模块的单片机1的PF2引脚相连。图4中的风速传感器数据采集电路模块7的输出与自带A/D转换模块的单片机1的PF3引脚相连，风向传感器数据采集模块8与自带A/D转换模块的单片机1的输出分别与PE0～E3引脚相连，将得到的输入与15相与，便可以得到相应的风向。图6中的雨量传感器数据采集模块9的输出与自带A/D转换模块的单片机1的PF4引脚相连，压力传感器数据采集模块10的输出与自带A/D转换的单片机1的PF5引脚相连。

自带A/D转换模块的单片机1分别连接看门狗模块11、地址锁存芯片12、可编程器件13、外部数据存储器14。

地址锁存芯片12是8D锁存器，D0～D7分别与自带A/D转换模块的单片机1的PA0～PA7相连。

当自带A/D转换模块的单片机1读写外部存储器时，低8位地址信号被锁存，由于OE输入低电平，Q0～Q7直接输出低8位控制信号；自带A/D转换模块的单片机1具有128K字节在系统可重复编程Flash，4K字节EEPROM(耐久性：100,000擦/写周期)，4K字节内部SRAM，多达64K字节的可选外部存储器空间，为了达到扩展要求，本实用新型使用了外部数据存储器14进行扩展，外部数据存储器14是128*16SRAM芯片。

参照图8与图9，外部数据存储器14的地址线与自带A/D转换模块的单片机1的地址线A0～A16相连，数据线D0～D15与自带A/D转换模块的单片机相连写入或读出数据，写入使能线/WR与以太网控制芯片16的写外部存储器控制线/WR相连。

当/WR有效时，数据被写入到指定的地址，使能输出线/RD与以太网控制芯片16的读外部存储器控制线/RD相连，/RD有效时，规定地址的程序被读出；自带A/D转换模块的单片机1的地址线A15用于可编程器件13的时钟信号输入端；自带A/D转换模块的单片机1通过以太网控制芯片16来提供网络接口功能。

以太网控制芯片16数据总线的低8位SD0～SD7与自带A/D转换模块的单片机1的8位数据总线AD0～AD7相连，高8位数据总线SD8～SD15浮空不使用。以太网控制芯片16地址总线的低五位SA0～SA4与地址锁存芯片12锁存后的自带A/D转换模块的单片机的1地址总线低5位A0～A4连接，以太网控制芯片16的SA5～SA8全部接地，SA9接高电平，SA10～SA19也全部接地，这样可以得到以太网控制芯片16的I/O基址为200H。

以太网控制芯片16的地址使能信号/AEN由自带A/D转换模块的单片1的地址总线通过可编程器件13译码后产生，同时可编程器件13还为外部数据存储器14提供片选信号/RAMCS，并将以太网控制芯片16中断输出IRQ10取反后连接到自带A/D转换模块的单片机1的外部中断引脚。

此外，以太网控制芯片16的复位引脚RST与自带A/D转换模块的单片机的复位引脚相连，都是用看门狗模块11输出的高电平复位信号，看门狗模块11在电子气象站上电时将自带A/D转换模块的单片机1可靠复位。以太网控制芯片16的数据发送、接收引脚TPTX-、TPTX+、TPRX-、TPRX+通过隔离滤波器17与以太网RJ45插座相连，以太网控制芯片16中用于16位数据操作的IO16引脚浮空，用于存储器读写的MEMR、MEMW和SMEMR也可浮空。配置芯片“即插即用”配置芯片18可通过EECS、EEDI、EEDO和EECK与以太网控制芯片16连接，“即插即用”配置芯片18为应用系统提供以太网控制芯片16的物理地址和数据传输状态。自带A/D转换模块的单片机1与以太网控制芯片16使用相互独立的晶振。

本实用新型工作时，传感器数据采集模块输出的信号经由自带A/D转换模块的单片机在中的AD转换电路变成数字信号，自带A/D转换模块的单片机1的运算器对输入的命令及数据进行分析，输出给以太网控制芯片16，以太网控制芯片将分析数据按TCP/IP协议传送，经过隔离滤波器17通过以太网RJ45接口15输出给远处PC机或远程控制端。

本实用新型所使用的自带A/D转换模块的单片机1采用AT90CAN32，是具有CAN总线的8通道10-bit SAR ADC。看门狗模块采用MAX706P，地址锁存器芯片12采用的是HD74LVC573A，可编程器件13采用的是GAL22V10，外部数据存储器14采用CY7C1011DV33。以太网接口15采用的是RJ45。以太网控制芯片16采用DM9008F。位于以太网控制芯片16与以太网接口15之间的隔离滤波器17采用LANF7307。

在其它实施中，可以用同等功效的其他电子器件或者电路代替，也能获得相同的功效。图2至图7中所述的各传感器数据采集模块也可以采用其它高度集成的传感器芯片代替；图9中的以太网控制芯片也可以采用DM9000或者CS8900A；主控制器可以选用自带A/D转换模块的单片机P87C591，也可以选用单片机89C51，利用模数转换芯片ADS7864组成AD转换电路，8155进行IO扩展完成相应的功能。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种电子气象站，包括传感器数据采集模块、A/D转换模块、微处理器以及以太网接口模块，其特征在于，所述传感器数据采集模块与所述A/D转换模块相连，所述A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号并传递给微型处理器；所述微型处理器与所述以太网接口模块双向通信连接；所述微型处理器对A/D转换模块传入的数字信号进行处理，将信号分阶段传递给以太网接口模块，进而传入以太网。

2.根据权利要求1的电子气象站，其特征在于，所述传感器数据采集模块作为传感部件，将风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压这六项参数的测量集成到一起，放到一根长的立杆上，并使得该传感部件与外界充分接触。

3.根据权利要求1的电子气象站，其特征在于，所述电子气象站还设有隔离滤波器，微处理器通过该隔离滤波器连接以太网接口模块。

4.根据权利要求1的电子气象站，其特征在于，所述的以太网接口模块采用TCP/IP协议通信。

5.根据权利要求1的电子气象站，其特征在于，所述电子气象站还包括RS_232串行接口，微处理器连接RS_232串行接口。

6.根据权利要求1的电子气象站，其特征在于，所述的微处理器是单片机。

7.根据权利要求6的电子气象站，其特征在于，所述的单片机为自带A/D转换模块的单片机。