CN203275678U - 农业气象观测系统 - Google Patents
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Abstract
农业气象观测系统，包括控制模块和气象观测模块，所述气象观测模块包括数据采集模块、数据传输模块和电源模块；所述电源模块与数据采集模块相连并为其供电，所述数据采集模块将采集到的数据进行处理，并通过数据传输模块将处理后的气象数据传输给控制模块，控制模块接收数据后显示气象数据，并进行分析、预测和预报。所述数据采集模块包括作为处理器的单片机，所述单片机与传感器相连，通过传感器进行气象数据的采集。本实用新型采集系统包括土壤墒情在内的气象数据，数据全面且实时采集与上传，实现了农业信息参数的自动化采集，以进行农田预测预报管理；传输距离达到1200米，可实现较大范围内气象数据的采集上传、分析处理和预测；适应多种应用场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于气象观测站，特别涉及一种针对农田小气候的农业气象观测站。
背景技术
我国是一个发展中的农业大国，农业现代化程度不高，气候的变化往往对农业生产形成极大的冲击。而我国地处季风气候区，天气气候条件年际变化很大，气象灾害发生频繁。2008年初，南方大部分地区遭遇了冰雪灾害；2010年以来，旱灾、暴雨等恶劣天气困扰了西南、长江流域等地区；2012年10月底，台风“山神”袭击了海南、广西，造成了超过3亿元的农田损失。中国农田基础设施普遍比较薄弱，如灌溉、排水等水利设施尚不完善，更加突出了农业的弱质性特征。因此，气象灾害对我国农业生产的影响十分严重。针对农业气象的全面监测，及时、准确的预报农业气象灾害，将在一定程度上减轻灾害损失，保证农业生产的持续稳定发展。
农业气象观测是地面观测的重要业务之一，是我国农业气象业务服务的基础。开展农业气象自动化观测有利于提升气象为农服务的科技水平、提高农业气象业务服务的科学性、针对性和及时性，是适应现代气象发展和防灾减灾需求的重要举措。而要实现这样的目标，必须建立高集成、全方位的农业气象观测系统。目前，国内现有的气象观测设备尚存在如下的问题：（1）缺少针对土壤墒情的检测，只能针对气象数据进行整合和预报；（2）监测范围小，不能对更大范围内的农业气象进行监测和预报。同时，国外相关产品并不适合我国国情，研发一种适合我国国情的农业气象观测站对实现农业现代化具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是：通过对农业气象观测系统的建立，促进农业气象观测系统的合理化布局，更好地满足我国农业经济发展中气象检测和预报的需求。
本实用新型的技术方案：农业气象观测系统，包括控制模块和气象观测模块，所述气象观测模块包括数据采集模块、数据传输模块和电源模块；所述电源模块与数据采集模块相连并为其供电，所述数据采集模块将采集到的数据进行处理，并通过数据传输模块将处理后的气象数据传输给控制模块，控制模块接收数据后显示气象数据，并进行分析、预测和预报。
优选的是，所述数据采集模块包括作为处理器的单片机，所述单片机与传感器相连，通过传感器进行气象数据的采集；所述传感器包括风速传感器、光照强度传感器、紫外线强度传感器、气压测量传感器、温湿度传感器、空气质量传感器、土壤环境温湿度传感器和土壤中的离子浓度传感器。
优选的是，所述数据传输模块为高集成的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块由高性能Silicon Lab Si4432射频芯片组成。
优选的是，所述电源模块为太阳能供电模块供电，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器。
优选的是，所述单片机为MSP430F149单片机作为处理器；所述温湿度传感器包括电容式感湿元件和NTC测温元件，所述电容式感湿元件和NTC测温元件均与高性能8位单片机连接。
优选的是，所述光照强度传感器为16位数字输出型环境光强度传感器，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路；所述风速传感器为三杯式风速传感器，所述三杯式风速传感器包括三个半球形风杯，所述三个半球形风杯装在一个可自由转动的轴上，均匀分布在同一平面上。
优选的是，所述紫外线强度传感器为采用光导模式的半导体传感器，所述半导体传感器覆盖了长波紫外线（400nm-315 nm）和中波紫外线（315 nm-280 nm）的波段范围；所述大气压强传感器为数字式气压传感器，所述数字式气压传感器包括传感器模块、AD转换器模块、数据存储单元和控制单元。
优选的是，所述空气质量传感器为由气敏材料组成的电压输出型传感器，所述气敏材料为在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。
本实用新型的工作原理：以低功耗单片机MSP430F149为核心，通过风速传感器、光照强度传感器、紫外线强度传感器、气压测量传感器、温湿度传感器、空气质量传感器、土壤环境温湿度传感器和土壤中的离子浓度传感器采集农业气象所需数据，并将这些信息数据采集后进行分析、处理、加工，将其转化为气象数据，然后再通过无线数据传输模块将相关数据上传。最终实现信息参数的自动化采集，以进行农田预测预报管理。
本实用新型的有益效果：
针对农田气象信息种类多、气候环境复杂多变以及时空分布特征明显的特点，本实用新型建立了适应农田气象远程监控的实际需求的农业气象观测系统。该系统不但具有灵活的扩充性和伸缩性，还具有以下优点：
（1）采集包括土壤墒情在内的气象数据，数据全面且实时采集与上传，实现了农业信息参数的自动化采集，以进行农田预测预报管理；
（2）气象数据传输实现无线发送接收，传输距离达到1200米，可实现较大范围内气象数据的采集上传、分析处理和预测；
（3）该气象观测系统中的各个气象观测模块功耗低，环保节能，设备体积较小，移动方便，适应多种应用场合。
附图说明
图1为本实用新型气象观测模块的结构框图；
图2为本实用新型的工作流程示意图；
图3为本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
农业气象观测系统，包括控制模块和气象观测模块，所述气象观测模块包括数据采集模块、数据传输模块和电源模块；所述电源模块与数据采集模块相连并为其供电，所述数据采集模块将采集到的数据进行处理，并通过数据传输模块将处理后的气象数据传输给控制模块，控制模块接收数据后显示气象数据，并进行分析、预测和预报。所述数据采集模块包括作为处理器的低功耗单片机MSP430，所述单片机MSP430与传感器相连，通过传感器进行气象数据的采集；所述传感器包括风速传感器、光照强度传感器、紫外线强度传感器、气压测量传感器、温湿度传感器、空气质量传感器、土壤环境温湿度传感器和土壤中的离子浓度传感器。
所述温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，包括电容式感湿元件和NTC测温元件，所述电容式感湿元件和NTC测温元件均与高性能8位单片机连接；体积小、功耗低，信号传输距离可达20米以上。所述光照强度传感器为16 位数字输出型环境光强度传感器，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路；所述风速传感器为三杯式风速传感器，所述三杯式风速传感器包括三个半球形风杯，所述三个半球形风杯装在一个可自由转动的轴上，均匀分布在同一平面上。所述紫外线强度传感器为采用光导模式的半导体传感器，所述半导体传感器覆盖了长波紫外线（400nm-315 nm）和中波紫外线（315 nm-280 nm）的波段范围；所述大气压强传感器为数字式气压传感器，所述数字式气压传感器包括传感器模块、AD转换器模块、数据存储单元和控制单元；所述传感器模块以最高128次/s的速率进行气压采样，通过AD转换器将未补偿的气压值转换成数字信号，然后控制单元计算即可得到当前的气压值。所述空气质量传感器为由气敏材料组成的电压输出型传感器，所述气敏材料为在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。该传感器对氨气、硫化物和苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害的监测也很理想。
所述数据传输模块为高集成的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块由高性能Silicon Lab Si4432射频芯片组成；所述数据传输模块提供了多频段多信道以及网络ID来降低传输过程中的干扰以提高传输性能。所述电源模块为太阳能供电模块供电，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器。
如图2所示，本实用新型的工作流程如下：首先进行系统的初始化，系统进行自检，此时进行串口以及AD初始化。然后根据各个传感器的相应协议读取相应数据，采集农业气象所需参数的相关数据，处理之后将其转化为气象数据，然后再通过无线数据传输模块将相关数据上传，上位机接收并显示气象数据。再重复执行采集以及上传数据步骤，如此循环往复，周而复始。
如图3所示，本实用新型的工作原理如下：系统基于传感器技术，将各个不同的气象传感器组合，采集不同的数据，经过低功耗单片机MSP430F149将不同的数据进行处理，转化为相对应的气象数据，并将这些信息数据采集后进行分析、处理、加工，然后再通过无线数据传输模块将相关数据上传至控制模块。最终实现信息参数的自动化采集，以进行农田预测预报管理。
Claims (8)
1.农业气象观测系统，其特征在于：包括控制模块和气象观测模块，所述气象观测模块包括数据采集模块、数据传输模块和电源模块；所述电源模块与数据采集模块相连并为其供电，所述数据采集模块将采集到的数据进行处理，并通过数据传输模块将处理后的气象数据传输给控制模块，控制模块接收数据后显示气象数据，并进行分析、预测和预报。
2.根据权利要求1所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述数据采集模块包括作为处理器的单片机，所述单片机与传感器相连，通过传感器进行气象数据的采集；所述传感器包括风速传感器、光照强度传感器、紫外线强度传感器、气压测量传感器、温湿度传感器、空气质量传感器、土壤环境温湿度传感器和土壤中的离子浓度传感器。
3.根据权利要求1所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述数据传输模块为高集成的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块由高性能Silicon Lab Si4432射频芯片组成。
4.根据权利要求1所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述电源模块为太阳能供电模块供电，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器。
5.根据权利要求2所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述单片机为MSP430F149单片机作为处理器；所述温湿度传感器包括电容式感湿元件和NTC测温元件，所述电容式感湿元件和NTC测温元件均与高性能8位单片机连接。
6.根据权利要求2所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述光照强度传感器为16 位数字输出型环境光强度传感器，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路；所述风速传感器为三杯式风速传感器，所述三杯式风速传感器包括三个半球形风杯，所述三个半球形风杯装在一个可自由转动的轴上，均匀分布在同一平面上。
7.根据权利要求2所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述紫外线强度传感器为采用光导模式的半导体传感器，所述半导体传感器覆盖了波长范围为400nm-315nm的长波紫外线和波长范围为315nm-280nm的中波紫外线的波段范围；所述大气压强传感器为数字式气压传感器，所述数字式气压传感器包括传感器模块、AD转换器模块、数据存储单元和控制单元。
8.根据权利要求2所述的农业气象观测系统，其特征在于：所述空气质量传感器为由气敏材料组成的电压输出型传感器，所述气敏材料为在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。
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