CN204807716U - 一种便携式气象数据采集设备及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式气象数据采集设备，包括气象数据传感器，所述设备还包括：数据存储器，用于存储所述气象数据传感器采集的气象数据；太阳能电池板，用于为所述气象数据传感器和数据存储器提供电能；防水保温箱，用于放置所述气象数据传感器和数据存储器；所述气象数据传感器分别与所述数据存储器和太阳能电池板连接；所述数据存储器和所述太阳能电池板连接；所述气象数据传感器和数据存储器置于所述防水保温箱内；所述太阳能电池板置于所述防水保温箱的外侧。本实用新型通过太阳能电池板为气象数据传感器和数据存储器供电，实现了气象数据采集设备的电能自给。本实用新型还公开了一种便携式气象数据采集系统。

Description

一种便携式气象数据采集设备及系统

技术领域

本实用新型涉及气象数据处理技术领域，尤其涉及一种便携式气象数据采集设备及系统。

背景技术

目前国内大多数的地方气象台站或水文监测站仍实行人工或半自动的观测模式，即每天定点时刻(如北京时08、14、20和02时)按时对台站的常规气象要素(如气温、相对湿度、大气压、风向、风速和降雨量等)进行人工读数，并记录备案、整理和呈报上一级部门单位，这无疑将耗费大量的人力、物力和财力。近几年一些地面基准观测台站开始进行气象要素的连续、自动观测，值班工作人员只需定期检查仪器工作状况、清洁、维护传感器，确保获取高质量、高精度的数据资料。然而，限于技术的发展，当前国内或国外厂家生产研制的数据采集器不仅价格昂贵(平均在2万元人民币以上)、体积庞大、较重，不宜便携使用，同时需要配置220V交流电和实验室用房等条件，这在我国西北人迹罕至地区很难实现。

发明内容

有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种便携式气象数据采集设备及系统，至少能解决现有气象数据采集设备需要外接电源等技术问题。

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种便携式气象数据采集设备，包括气象数据传感器，所述设备包括：

数据存储器，用于存储所述气象数据传感器采集的气象数据；

太阳能电池板，用于为所述气象数据传感器和数据存储器提供电能；

防水保温箱，用于放置所述气象数据传感器和数据存储器；

所述气象数据传感器分别与所述数据存储器和太阳能电池板连接；所述数据存储器和所述太阳能电池板连接；所述气象数据传感器和数据存储器置于所述防水保温箱内；所述太阳能电池板置于所述防水保温箱的外侧。

上述方案中，所述设备还包括蓄电池，所述蓄电池用于接收并存储所述太阳能电池板的电能；所述蓄电池分别与所述太阳能电池板和数据存储器连接。

上述方案中，所述设备还包括电源转换控制器，用于在所述太阳能电池板的输出电压小于设定值时，将所述气象数据传感器的供电设备由所述太阳能电池板切换为所述蓄电池。

上述方案中，所述设备还包括无线发射器，所述无线发射器用于在设定时刻将所述数据存储器内的气象数据发送给气象数据接收端；所述无线发射器与所述数据存储器连接。

上述方案中，所述数据存储器包括CR200X数据存储模块。

上述方案中，所述蓄电池包括12V直流电压/4AH可充电低温蓄电池。

本实用新型实施例还提供了一种便携式气象数据采集系统，所述系统包括上述任一的所述便携式气象数据采集设备。

上述方案中，所述系统还包括气象数据接收端，所述气象数据接收端用于无线发射器发来的气象数据。

本实用新型实施例所提供的便携式气象数据采集设备及系统，通过太阳能电池板为气象数据传感器和数据存储器供电，实现了气象数据采集设备的电能自给。

附图说明

图1为实施例1所述的便携式气象数据采集设备的结构示意图。

为了能明确实现本实用新型的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本实用新型限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

在以下的描述中，将描述本实用新型的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本实用新型的一些或者全部结构或者流程来实施本实用新型。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本实用新型。在其他情况下，为了不混淆本实用新型，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

实施例1

为了解决现有气象数据采集设备需要外接电源等技术问题，本实施例提供了一种便携式气象数据采集设备，如图1所示，包括气象数据传感器101，其特征在于，本实施例所述设备包括：

数据存储器102，用于存储所述气象数据传感器101采集的气象数据；数据存储器102可选用CR200X数据存储模块。

太阳能电池板103，用于为所述气象数据传感器101和数据存储器102提供电能；

防水保温箱104，用于放置所述气象数据传感器101和数据存储器102；

所述气象数据传感器101分别与所述数据存储器102和太阳能电池板103连接；所述数据存储器102和所述太阳能电池板103连接；所述气象数据传感器101和数据存储器102置于所述防水保温箱104内；所述太阳能电池板103置于所述防水保温箱104的外侧。

本实施例通过太阳能电池板103为气象数据传感器101和数据存储器102供电，实现了气象数据采集设备的电能自给。

实际中，太阳能电池板103除了为气象数据传感器101和数据存储器102供电，还会有额外的电能剩余。因此，可以将这些剩余的电能存储起来，在需要的时候为气象数据传感器101和数据存储器102供电。所述设备还包括蓄电池，所述蓄电池用于接收并存储所述太阳能电池板103的电能；所述蓄电池分别与所述太阳能电池板103和数据存储器102连接。所述蓄电池可选用12V直流电压/4AH可充电低温蓄电池。

正常情况下是太阳能电池板103为气象数据传感器101和数据存储器102供电，当太阳能电池板103的输出电压无法满足气象数据传感器101和数据存储器102的工作要求时，可以通过蓄电池为气象数据传感器101和数据存储器102供电。因此，所述设备还包括电源转换控制器，用于在所述太阳能电池板的输出电压小于设定值时，将所述气象数据传感器的供电设备由所述太阳能电池板切换为所述蓄电池。

对于一些偏远地区来说，靠人工记录气象数据采集设备采集的气象数据是个费时费力的工作，效率很低。为此，所述设备还包括无线发射器，所述无线发射器用于在设定时刻将所述数据存储器内的气象数据发送给气象数据接收端；所述无线发射器与所述数据存储器连接。这样就节约了大量的人力物力，提高了气象数据采集的效率。

实施例2

本实施例和实施例1属于同一发明构思，本实施例提供了一种便携式气象数据采集系统，所述系统包括实施例1所述的便携式气象数据采集设备。此外，所述系统还包括气象数据接收端，所述气象数据接收端用于无线发射器发来的气象数据。实现对气象数据的远程采集。

实施例3

以下通过一个实际的场景对本发明进行详细说明。

本实施例的便携式气象数据采集设备中，数据存储器102选用CR200X数据存储模块、蓄电池选用12V直流电压/4AH可充电低温蓄电池。还需要一些必要的数据线和数据接头。具体为：

CR200X型号数据存储模块1套(长13厘米×宽7厘米×高4厘米)、12V直流电压/4AH可充电低温蓄电池2块、太阳能电池板1套(长26厘米×宽23厘米)、电源充控器1套、航空对接插头1套(2个)、防水保温塑料箱1个(长26厘米×宽20厘米×高20厘米)、含9针COM口转换头若干、USB转RS232串口转换线1根、电源线与信号线、电源热缩管若干，具体技术指标请参看表1。

表1便携式气象数据采集系统部件及技术指标

气象数据接收端的控制平台主要是高性能笔记本电脑及其相应的仪器控制软件LoggerNet，用来接收、下载数据和控制数据采集系统工作状态，控制平台和数据采集器之间主要用USB转RS232串口线进行通讯连接。

集成系统的主要部件、模块都紧凑地安装在防水保温箱内，太阳能电池板固定在箱体外侧、航空对接插头安装在箱子一侧。具体的设计方案为：

(1)画出数据采集集成系统的基本设计简图，包含数据存储模块、低温蓄电池和太阳能电池板的安装位置、航空对接插头、通讯端口与电源/信号线的安装和连接方式等；

(2)先在防水塑料箱内底部安装、固定坚实的底板(用防静电、保温材料)，然后分别将CR200X数据存储模块和两块低温蓄电池安装在底板上，并固定好；其中，两块蓄电池用“U”字型不锈钢环固定，以防止运输和使用过程中滑动脱落；

(3)将太阳能电池板安装、固定在防水塑料箱的外侧，将电源输出的正极、负极端分别接红色线(正极)和蓝色线(负极)到SunSaver-20L型电源充控器的太阳能电池输入正、负极两端，优先为CR200X数据存储模块和传感器供电，当发电量剩余时，多余的电量可实时为低温蓄电池充电；

(4)从蓄电池的正极、负极端分别接红色线(正极)和蓝色线(负极)到电源充控器的蓄电池输入正、负极两端，一方面可从太阳能电板充电，当太阳能电池板无法发电时(如阴雨天气条件下)，蓄电池能及时给数据存储模块和传感器供电，以保证仪器的正常、连续工作；

(5)从电源充控器的负载两端分别接红色线(正极)和蓝色线(负极)到CR200X数据存储模块的正极和负极端，以为数据采集系统供电；同时从模块的正、负极端分别引出红色与蓝色两根线作为信号线的正、负极，为传感器观测、记录、存储与下载数据供电；

(6)根据实际测量的气象要素变量数(一般最多为6个)，将9针COM口转换头分别接若干根信号输出线到内部的航空对接插头，线头均用热膨胀压缩管和绝缘胶带固封好；

(7)在防水塑料箱一侧钻个孔，并将航空对接插头(母头)固定在塑料箱一侧，同时安装防水盖子(防水、防灰尘)，焊接好对应的信号线；为防止静电、正负极线之间的触碰，以上所有电源或信号线头都用热膨胀压缩管或绝缘胶带固封好。此时，已经集成好便携式气象数据采集系统。

根据实际观测的气象要素变量数，将仪器传感器一端的信号输出线一一按顺序对应焊接到航空对接插头(公头)的不同序号针上，并安装防水盖子(防水、防灰尘)。在检查各电源线、信号线连接正确，供电系统电压正常后，即可将传感器端的航空插头直接插到数据采集系统的航空对接插头上，仪器即可正常观测、记录，并存储数据。

实际操作流程为：

(1)先在室外合适的观测地点安装好气象传感器，然后将便携式气象数据采集系统安置在传感器附近，打开SunSaver-20L型电源充控器的电源开关，查看太阳能电池板板、蓄电池和负载两端的电源指示灯是否都亮，如果指示灯亮，则说明太阳能电池板、蓄电池和负载供电模块工作正常；并用万用表分别测量各电源输入、输出端的电压，正常值应为直流14-15V直流电压左右；

(2)再分别测量CR200X型数据存储模块电源输入端、信号输出端的电压，正常值应为直流电14-15V，或者也可以通过查看模块上的状态指示灯，如果指示灯亮，则说明输入供电系统工作正常；

(3)检查各电源线、信号线连接都正确，供电模块电压均正常后，将仪器端的航空对接插头直接插到数据采集系统外侧的航空插头上，此时仪器正常工作；

(4)用USB转RS232串口线连接数据采集系统与笔记本电脑，通过LoggerNet软件对数据采集系统内部基本参数进行初始设置，主要有：数据存数模块的型号(如CR200X型)、COM串口号、模块内部时钟的准确时间、气象要素变量的采集与存储时间分辨率(最高分辨率为1秒)；根据实际需要，用VisualBasic编程语言编写好需要输出的变量名、变量数及输出的采样时间分辨率(如1分钟、30分钟、1天等)及对应站点位置、时间等信息，并将编译好的VB程序通过LoggerNet软件发送给传感器。此时仪器实时观测、记录和存储数据，观测资料存储在数据采集模块内部或数据存储卡(可选)里；

(5)经过一段时间(比如半个小时)后，即可下载、存储数据，对实测资料进行检查和数据质量控制等。数据的下载可通过两种方式进行：第一种直接连接LoggerNet软件，将数据下载到电脑上；第二种是拔出数据存数卡，将卡里的数据拷贝到电脑上。

本实施例系统对时间分辨率为30分钟的数据资料能保存半年左右(存储时间的长短主要取决于存储模块的内存或存储卡的容量)。需要注意的是，由于受到突然停电、仪器故障等问题的影响，传感器内部的时钟在连续工作一段时间后(如一个月以上)可能会与准确的时间存在偏差，通过查看LoggerNet软件上的“DataloggerTimeZoneOffset”选项即可知道时钟与实际准确时间的偏差，如果偏差量大于10秒，操作人员应该重新设置时钟时间，即点击“SetClock”选项即可校准时间偏差量。整个数据采集系统由控制平台和LoggerNet软件进行操作，负责控制仪器记录、存储、下载资料的方式。

本实施例系统具有以下几个优点：

1、与目前常用的各类数据采集器相比，此系统价格便宜，所有集成部件成本、加工、改造费和设计总费用合计约8000元人民币左右，极大降低各个野外台站数据采集、存储的成本；如果能进一步推广并进行批量生产，其成本会更低；

2、体积小、结构紧凑、重量轻、便携式、安装简单、航空对接插头(即插即用)，不仅适用于长期、连续观测的无人值守野外台站，而且为一些特殊行业部门(如水质监测、环境影响评价)提供灵活、便捷的实时数据采集条件；

3、系统内部集成了低温蓄电池(不需外用电源)、太阳能电板充电供电，在不扩大系统体积的前提下，保证优先给仪器和数据存储模块的持续工作供电，多余的电量将存储在蓄电池里。当天气为阴天或雨雪天气时，即太阳能电池板不能正常发电供电，数据采集系统将由蓄电池供电，至少可以供仪器和采集模块连续工作4-5天(取决于蓄电池的蓄电容量)，非常适合于我国西北人烟稀少的高原草甸地区；由太阳能充电供电，清洁、环保；

4、新焊接的航空对接插头将外部设备信号输入端与数据采集系统信号接收端直接连接，实现RS232串口转换线连接电脑软件实时设置、查看、下载数据，极大节省了数据存储模块的费用；

5、新集成的系统能在-40～+65℃的不同环境条件下稳定工作。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种便携式气象数据采集设备，包括气象数据传感器，其特征在于，所述设备包括：

数据存储器，用于存储所述气象数据传感器采集的气象数据；

太阳能电池板，用于为所述气象数据传感器和数据存储器提供电能；

防水保温箱，用于放置所述气象数据传感器和数据存储器；

所述气象数据传感器分别与所述数据存储器和太阳能电池板连接；所述数据存储器和所述太阳能电池板连接；所述气象数据传感器和数据存储器置于所述防水保温箱内；所述太阳能电池板置于所述防水保温箱的外侧。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括蓄电池，所述蓄电池用于接收并存储所述太阳能电池板的电能；所述蓄电池分别与所述太阳能电池板和数据存储器连接。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括电源转换控制器，用于在所述太阳能电池板的输出电压小于设定值时，将所述气象数据传感器的供电设备由所述太阳能电池板切换为所述蓄电池。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括无线发射器，所述无线发射器用于在设定时刻将所述数据存储器内的气象数据发送给气象数据接收端；所述无线发射器与所述数据存储器连接。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储器包括CR200X数据存储模块。

6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述蓄电池包括12V直流直流电压/4AH可充电低温蓄电池。

7.一种便携式气象数据采集系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-6任一的所述便携式气象数据采集设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括气象数据接收端，所述气象数据接收端用于无线发射器发来的气象数据。