CN208654350U - 一种气象监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气象监测设备，包括：箱体，设置在箱体外部上表面的太阳能采集板，设置在箱体外部侧面的雨雪采集装置和风速风向检测装置，设置在箱体内的电源装置和控制装置，所述控制装置与所述电源装置连接，所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置均与所述控制装置连接，所述电源装置与所述太阳能采集板连接；所述控制装置包括：NB‑IOT通信模块，与所述NB‑IOT通信模块连接的主处理模块和进水检测模块，所述主处理模块与所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置连接；其中，所述主处理模块将获取的气象监测信息通过所述NB‑IOT通信模块上传到云平台，从而实现低功耗高效率的数据传输。

Description

一种气象监测设备

技术领域

本实用新型涉及气象监测技术领域，尤其涉及一种气象监测设备。

背景技术

现有技术广泛使用的自动气象站均属于集中式，所有的采集数据都是通过电信号的输出给数据采集器，采集器对电信号进行转换后生成对应的气象数据。目前投入使用的自动气象站包括实时自动气象站和非实时自动气象站两大类。有人值守实时自动气象站使用的是有线技术，及采集数据通过光纤等传输；无人值守实时自动气象站和非实时自动气象通过无线通讯，如2G、3G、长期演进(LTE，Long Term Evolution)网络或卫星等手段向中心站传输实时气象数据，而这样的通讯方式功耗很高，也不具有强穿透性，信号很容易被阻隔。因而在无人值守的偏远地区或恶劣条件地区，人们更倾向于需求低功耗高效率的气象监测产品，而目前在自动气象站研究领域中低功耗无线传输部分相对空缺。同时，无人值守的偏远地区或恶劣条件地区由于现场条件所限，其自动气象站往往采用蓄电池加太阳能板组合的方式进行供电，当遭遇连阴雨天气时，就会出现由于电力不足导致设备关机，造成观测数据缺失。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种气象监测设备，采用NB-IOT通信技术实现低功耗高效率的数据传输。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供一种气象监测设备，所述设备包括：箱体，设置在所述箱体外部上表面的太阳能采集板，设置在所述箱体外部侧面的雨雪采集装置和风速风向检测装置，设置在所述箱体内的电源装置和控制装置，所述控制装置与所述电源装置连接，所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置均与所述控制装置连接，所述电源装置与所述太阳能采集板连接；

所述控制装置包括：窄带物联网NB-IOT通信模块，与所述NB-IOT通信模块连接的主处理模块和进水检测模块，所述主处理模块与所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置连接；其中，所述主处理模块将获取的气象监测信息通过所述NB-IOT通信模块上传到云平台。

可选地，所述设备还包括：设置在所述箱体内部表面的防水层。

可选地，所述设备还包括：设置在所述箱体内的静电保护模块，所述控制装置通过所述静电保护模块与所述电源装置连接。

可选地，所述电源装置包括：电路检测模块、市电模块和蓄电池；所述蓄电池与所述太阳能采集板通过防水接头连接，所述电路检测模块与所述蓄电池和所述市电模块连接，所述蓄电池和所述市电模块均与所述控制装置连接。

可选地，所述市电模块包括：变压器、整流器、滤波器和第一继电器，所述蓄电池包括：第二继电器和第三继电器，其中，

所述变压器、所述整流器和所述滤波器，用于将交流电压转换为直流电压；

所述第一继电器，用于控制所述市电模块与所述控制装置的连接或断开；

所述第二继电器，用于控制所述蓄电池与所述控制装置的断开或连接；

所述第三继电器，用于控制所述蓄电池与所述太阳能采集板的连接或断开。

可选地，所述设备还包括：设置在所述太阳能采集板上的避雷针，设置在所述箱体外部侧面的红外摄像头，所述红外摄像头与所述控制装置连接。

可选地，所述设备还包括：设置在所述箱体外部侧面的至少一个固定孔，所述雨雪采集装置、所述风速风向检测装置和所述红外摄像头设置在所述箱体外部的侧面与所述至少一个固定孔设置在所述箱体外部的侧面不同。

可选地，所述设备还包括：与所述控制装置连接的存储器，其中，所述存储器存储所述气象监测设备的远程升级包。

可选地，所述设备还包括：与所述主处理模块连接的PM2.5传感器、光照传感器、温湿度传感器、气体传感器、气压传感器和噪声传感器。

可选地，所述主处理模块包括：485总线单元、I2C总线单元、232总线单元、SPI总线单元；

所述I2C总线单元与所述温湿度传感器和所述光照传感器连接，所述SPI总线单元与所述气体传感器连接，所述485总线单元与所述雨雪采集装置、所述风速风向检测装置、所述PM2.5传感器、所述气压传感器和所述噪声传感器连接。

本实用新型提供了一种气象监测设备，包括：箱体，设置在所述箱体外部上表面的太阳能采集板，设置在所述箱体外部侧面的雨雪采集装置和风速风向检测装置，设置在所述箱体内的电源装置和控制装置，所述控制装置与所述电源装置连接，所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置均与所述控制装置连接，所述电源装置与所述太阳能采集板连接；所述控制装置包括：窄带物联网NB-IOT通信模块，与所述NB-IOT通信模块连接的主处理模块和进水检测模块，所述主处理模块与所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置连接；其中，所述主处理模块将获取的气象监测信息通过所述NB-IOT通信模块上传到云平台。本实用新型提供的气象监测设备，通过NB-IOT通信技术实现低功耗高效率的自动气象站，通过NB-IOT技术的低功耗性能降低气象站传输功耗、增强气象站续航能力，通过NB-IOT技术的强穿透性能让其在高山雨林等地区同样具有高效的数据传输能力，解决了现有技术中缺乏基于NB-IOT通信技术的自动气象站，不能适用于气象站的低功耗高效率传输需求的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的气象监测设备外部结构示例图；

图2为本实用新型实施例提供的气象监测设备结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的控制装置结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的电源装置结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种气象监测设备，该设备可以包括：箱体，设置在所述箱体外部上表面的太阳能采集板，设置在所述箱体外部侧面的雨雪采集装置和风速风向检测装置，设置在所述箱体内的电源装置和控制装置，所述控制装置与所述电源装置连接，所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置均与所述控制装置连接，所述电源装置与所述太阳能采集板连接；

所述控制装置包括：窄带物联网NB-IOT通信模块，与所述NB-IOT通信模块连接的主处理模块和进水检测模块，所述主处理模块与所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置连接；其中，所述主处理模块将获取的气象监测信息通过所述NB-IOT通信模块上传到云平台。

图1为本实用新型实施例提供气象监测设备外部结构示例图，图2为本实用新型实施例提供气象监测设备的各模块连接示意图，如图1所示，该气象监测设备包括：箱体11，设置在所述箱体11外部上表面的太阳能采集板12，设置在所述箱体11外部侧面的雨雪采集装置13和风速风向检测装置14，设置在所述箱体11内的电源装置和控制装置(图1中未示出)，如图2所示，控制装置15与电源装置16连接，所述雨雪采集装置13和所述风速风向检测装置14均与所述控制装置15连接，所述电源装置16与所述太阳能采集板12连接。

如图3所示，所述控制装置15包括：窄带物联网NB-IOT通信模块151，与所述NB-IOT通信模块151连接的主处理模块152和进水检测模块153，所述主处理模块152与所述雨雪采集装置13和所述风速风向检测装置14连接；其中，所述主处理模块152将获取的气象监测信息通过所述NB-IOT通信模块151上传到云平台。

进一步地，所述设备还包括：设置在所述箱体内部表面的防水层。

其中，气象监测设备的箱体11也可以称为固定箱。雨雪采集装置13能够采集雨雪，读取雨雪量信息；风速风向检测装置14能够读取风速风向信息。雨雪采集装置13和风速风向检测装置14可以设置在箱体11的同一个侧面，也可以设置在箱体11的不同的侧面。箱体11外侧还包括光照传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气体传感器、气压传感器、噪声传感器(图1中未示出)。

基于蜂窝窄带物联网技术(NB-IOT，Narrow Band Internet of Things)成为万物互联网络的一个重要分支，有低功耗、高效连接等特征而深受重视。NB-IOT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于全球移动通信系统(GSM，Global System forMobile Communication)网络、通用移动通信系统(UMTS，Universal MobileTelecommunications System)网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级，将其应用于气象监测技术具有良好的技术前景。

其中，运用NB-IOT通信技术，通过其低功耗性能降低气象站传输功耗、增强气象站续航能力，同时NB-IOT技术具有强穿透性，在偏远地区或者恶劣环境下，比如雨林地区，通常用到的无线通信技术由于不具有强穿透性，信号很容易被阻隔，而通过NB-IOT技术的强穿透性能让气象站在雨林等地区同样具有高效的数据传输能力。

其中，进水检测模块153用于检测固定箱内部进水情况，即检测箱体内部进水情况，一旦检测进水超过一定阈值，则通过NB-IOT通信模块向云平台发送报警信息，相关人员接收报警信号及时做出解决措施，其中，进水检测可以采用湿度传感器。

传统的自动气象站数据传输方面通常用到2G、3G、4G或卫星通信方式，而这样的通信模式功耗高，在恶劣环境地区或偏远地区，此类气象站产品存在功耗局限。本实用新型提供的气象监测设备，通过NB-IOT通信技术实现低功耗高效率的自动气象站，通过NB-IOT技术的低功耗性能降低气象站传输功耗、增强气象站续航能力，通过NB-IOT技术的强穿透性能让其在高山雨林等地区同样具有高效的数据传输能力。

传统的自动气象站气象监测装置没有做进水检测，而当气象站进水不能及时修补，使得气象站损毁而无法获取实时气象信息，导致数据缺失。本实用新型提供的气象监测设备采用防水结构及进水检测预防气象站损毁及数据缺失。

进一步地，如图3所示，所述设备还包括：与所述主处理模块连接的PM2.5传感器、光照传感器、温湿度传感器、气体传感器、气压传感器和噪声传感器。

进一步地，所述主处理模块包括：485总线单元、I2C总线单元、232总线单元、SPI总线单元；

所述I2C总线单元与所述温湿度传感器和所述光照传感器连接，所述SPI总线单元与所述气体传感器连接，所述485总线单元与所述雨雪采集装置、所述风速风向检测装置、所述PM2.5传感器、所述气压传感器和所述噪声传感器连接。

其中，主处理模块152的核心为STM32F103处理器，该处理器具有高精度时钟单元、存储单元、DC-DC稳压单元，提供丰富的外设接口单元485总线单元、两线式串行(I2C，Inter－Integrated Circuit)总线单元、232总线单元、串行外设接口(SPI，SerialPeripheral Interface)总线单元，主处理模块152分别连接雨雪采集装置13、风速风向检测装置14、光照传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、气体传感器、气压传感器、噪声传感器等，获取雨雪、风速风向、光照、温湿度、PM2.5、气体、气压、噪声等数据，再将获取的数据通过NB-IOT通信模块上传到云平台。

具体的，主处理模块152通过I2C总线单元连接温湿度传感器、光照传感器，通过SPI总线单元连接气体传感器，通过485总线单元连接雨雪采集装置、风速风向检测装置、PM2.5传感器、气压传感器、噪声传感器。

其中，气体传感器可以包括：二氧化碳传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器等。

进一步地，如图3所示，所述设备还包括：设置在所述箱体内的静电保护模块，所述控制装置通15过静电保护模块17与所述电源装置16连接。

其中，静电保护模块17置于电源装置16与控制装置15的之间的控制装置一侧，即在控制装置15中主处理模块的DC-DC稳压单元前加入静电保护模块17，电源装置16的电源输出端经过静电保护模块17，在经过DC-DC稳压单元，转换成5V电压，对控制装置15及与控制装置15连接的各个传感器进行供电。具体的采用静电阻抗器进行静电保护。静电保护装置用于保护控制装置的元器件不受到瞬时电压的损害。

进一步地，如图4所示，所述电源装置16包括：电路检测模块161、市电模块162和蓄电池163；所述蓄电池163与所述太阳能采集板12通过防水接头连接，所述电路检测模块161与所述蓄电池163和所述市电模块162连接，所述蓄电池163和所述市电模块162均与所述控制装置15连接。

具体的，如图4所示，蓄电池163与太阳能采集板12通过防水接头连接，电路检测模块161连接蓄电池163和市电模块162，用于检测市电电路的正常或异常情况和蓄电池电量，控制市电模块和蓄电池。

进一步地，所述市电模块包括：变压器、整流器、滤波器和第一继电器，所述蓄电池包括：第二继电器和第三继电器，其中，

所述变压器、所述整流器和所述滤波器，用于将交流电压转换为直流电压；

所述第一继电器，用于控制所述市电模块与所述控制装置的连接或断开；

所述第二继电器，用于控制所述蓄电池与所述控制装置的断开或连接；

所述第三继电器，用于控制所述蓄电池与所述太阳能采集板的连接或断开。

具体的，市电模块162包括了变压器、整流器和滤波器，用于将220V交流电压转换为12V直流电压。

当电路正常时，第一继电器控制市电模块162与控制装置15的主处理模块152的DC-DC稳压单元连接，转换为5V电压，对控制装置15供电；当电路异常时，第一继电器控制市电模块162与控制装置15断开连接。

蓄电池输出12V电压，蓄电池还包括第二继电器，第二继电器用于控制蓄电池163与控制装置15的断开或连接。

当电路异常时，第二继电器控制蓄电池163与控制装置15的主处理模块152的DC-DC稳压单元连接转换为5V电压，对控制装置15供电；当电路正常时，第二继电器控制蓄电池163与控制装置15断开连接。

蓄电池还包括第三继电器，第三继电器用于控制蓄电池163与太阳能采集板12的连接或断开。

当蓄电池电量低于阈值时，第三继电器控制蓄电池163与太阳能采集板12连接，太阳能采集板12将太阳能转换成电能对蓄电池充电；当蓄电池电量正常时，第三继电器控制蓄电池163与太阳能采集板12断开连接。

具体的，当电路正常且蓄电池电量充足的情况下，由220v市电连接市电模块，经市电模块的变压器、整流器和滤波器转换后输出稳定的12v直流电压，市电模块输出的12v直流电压电连接控制装置，经过控制装置中主处理模块的DC-DC稳压单元，转换为5v电压，对控制装置供电。

当电路正常且蓄电池电量不足的情况下，即当蓄电池电量低于一定阈值时，由220v市电连接市电模块，经市电模块的变压器、整流器和滤波器转换后输出稳定的12v直流电压，市电模块输出12v直流电压，一方面电连接蓄电池，对蓄电池充电，当蓄电池电量已满，停止充电，另一方面电连接控制装置，经过控制装置中主处理模块的DC-DC稳压单元，转换为5v电压，对控制装置供电。

当电路异常且蓄电池电量充足的情况下，切断市电模块与控制模块的电连接及市电模块与蓄电池的电连接，蓄电池输出12v直流电压，电连接控制装置，经过控制装置中主处理模块的DC-DC稳压单元，转换为5v电压，对控制装置供电。

当电路异常且蓄电池电量不足的情况下，即当蓄电池电量低于一定阈值时，切断市电模块与控制模块的电连接及市电模块与蓄电池的电连接，将蓄电池与太阳能采集板电连接，太阳能采集板将太阳能转换成电能对蓄电池充电，同时蓄电池输出12v直流电压，电连接控制装置，经过控制装置中主处理模块的DC-DC稳压单元，转换为5v电压，对控制装置供电，当蓄电池电量已满，停止充电。

传统的自动气象站电源方面用到了太阳能与蓄电池的结合，当遇到阴雨天气环境，会因为电量不足而无法获取实时气象信息，导致监测数据缺失。本实用新型提供的气象监测设备采用多供电模式，通过电路检测模块进行检测，将市电、太阳能与蓄电池相结合供电模式，满足不同环境下气象站的供电需求。

进一步地，如图1所示，所述设备还包括：设置在所述太阳能采集板12上的避雷针18，设置在所述箱体外部侧面的红外摄像头19，所述红外摄像头19与所述控制装置15连接。

具体的，在箱体11上嵌入微型红外摄像头19，微型红外摄像头19连接所述控制装置15，用于一方面记录气象情况，通过NB-IOT通信模块151上传至云平台；另一方面，探测一定距离范围内是否有人进入，所述距离范围可设置为2～10米，如果有，通过NB-IOT通信模块151发送报警信号至云平台。

进一步地，所述设备还包括：设置在所述箱体外部侧面的至少一个固定孔，所述雨雪采集装置、所述风速风向检测装置和所述红外摄像头设置在所述箱体外部的侧面与所述至少一个固定孔设置在所述箱体外部的侧面不同。

其中，固定箱的侧面具有多个固定孔位，易于在墙体墙柱上实现固定安装。

进一步地，所述设备还包括：与所述控制装置连接的存储器，其中，所述存储器存储所述气象监测设备的远程升级包。

这里，存储器用于存储空中下载远程升级包，便于气象监测装置的远程升级。

本实用新型提供的气象监测设备，通过NB-IOT通信技术及多供电模式、多重气象传感器，实现自动气象站低功耗高效率的多气象数据传输，NB-IOT技术的低功耗性能降低气象站传输功耗、增强气象站续航能力，NB-IOT技术的强穿透性能让其在雨林等信号阻隔地区仍具有高效的传输能力，供电模式采用电路检测结构并结合市电、蓄电池供电方式，市电、太阳能充电方式；采用防水结构及进水检测预防气象站损毁及数据缺失；本实用新型的自动气象站还具有红外摄像监测和空中远程升级功能。

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，可轻易想到的变化或替换，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 (10)

1.一种气象监测设备，其特征在于，所述设备包括：箱体，设置在所述箱体外部上表面的太阳能采集板，设置在所述箱体外部侧面的雨雪采集装置和风速风向检测装置，设置在所述箱体内的电源装置和控制装置，所述控制装置与所述电源装置连接，所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置均与所述控制装置连接，所述电源装置与所述太阳能采集板连接；

所述控制装置包括：窄带物联网NB-IOT通信模块，与所述NB-IOT通信模块连接的主处理模块和进水检测模块，所述主处理模块与所述雨雪采集装置和所述风速风向检测装置连接；其中，所述主处理模块将获取的气象监测信息通过所述NB-IOT通信模块上传到云平台。

2.根据权利要求1所述的气象监测设备，其特征在于，所述设备还包括：设置在所述箱体内部表面的防水层。

3.根据权利要求1所述的气象监测设备，其特征在于，所述设备还包括：设置在所述箱体内的静电保护模块，所述控制装置通过所述静电保护模块与所述电源装置连接。

4.根据权利要求1所述的气象监测设备，其特征在于，所述电源装置包括：电路检测模块、市电模块和蓄电池；所述蓄电池与所述太阳能采集板通过防水接头连接，所述电路检测模块与所述蓄电池和所述市电模块连接，所述蓄电池和所述市电模块均与所述控制装置连接。

5.根据权利要求4所述的气象监测设备，其特征在于，所述市电模块包括：变压器、整流器、滤波器和第一继电器，所述蓄电池包括：第二继电器和第三继电器，其中，

所述变压器、所述整流器和所述滤波器，用于将交流电压转换为直流电压；

所述第一继电器，用于控制所述市电模块与所述控制装置的连接或断开；

所述第二继电器，用于控制所述蓄电池与所述控制装置的断开或连接；

所述第三继电器，用于控制所述蓄电池与所述太阳能采集板的连接或断开。

6.根据权利要求1至5任一项所述的气象监测设备，其特征在于，所述设备还包括：设置在所述太阳能采集板上的避雷针，设置在所述箱体外部侧面的红外摄像头，所述红外摄像头与所述控制装置连接。

7.根据权利要求6所述的气象监测设备，其特征在于，所述设备还包括：设置在所述箱体外部侧面的至少一个固定孔，所述雨雪采集装置、所述风速风向检测装置和所述红外摄像头设置在所述箱体外部的侧面与所述至少一个固定孔设置在所述箱体外部的侧面不同。

8.根据权利要求1至5任一项所述的气象监测设备，其特征在于，所述设备还包括：与所述控制装置连接的存储器，其中，所述存储器存储所述气象监测设备的远程升级包。

9.根据权利要求1至5任一项所述的气象监测设备，其特征在于，所述设备还包括：与所述主处理模块连接的PM2.5传感器、光照传感器、温湿度传感器、气体传感器、气压传感器和噪声传感器。

10.根据权利要求9所述的气象监测设备，其特征在于，所述主处理模块包括：485总线单元、两线式串行I2C总线单元、232总线单元、串行外设接口SPI总线单元；

所述I2C总线单元与所述温湿度传感器和所述光照传感器连接，所述SPI总线单元与所述气体传感器连接，所述485总线单元与所述雨雪采集装置、所述风速风向检测装置、所述PM2.5传感器、所述气压传感器和所述噪声传感器连接。