CN210534355U - 一种地面气象环境监测及预警设备 - Google Patents

一种地面气象环境监测及预警设备 Download PDF

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赵建凯
包伟智
李博
王驰
重阳
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Abstract

本实用新型涉及一种地面气象环境监测及预警设备,其气象环境数据采集器包括微处理器、太阳能供电组件Ⅰ、无线射频模块Ⅰ及由多种环境参数检测传感器构成的要素感应组件;数据传输节点装置包括处理器、太阳能供电组件Ⅱ、无线射频模块Ⅱ、GPRS无线通讯模块;每个数据传输节点装置与多个气象环境数据采集器无线射频连接,数据传输节点装置通过GPRS无线通讯模块与云服务器及监控终端连接;处理器的判断单元比对采集的数据与预设参数阈值,当超出预设参数阈值时,向监控终端发送预警信息。该设备能够采集多种环境参数,装置之间无线连接,采用太阳能供电,组网快速灵活、可靠性高、安装维护方便;数据采集量大、精度高;可对环境数据进行远程实时监控。

Description

一种地面气象环境监测及预警设备
技术领域
本实用新型涉及监测及预警设备技术领域,尤其涉及一种地面气象环境监测及预警设备。
背景技术
地面气象环境监测及预警能够对环境单元内的空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度和空气流通情况等环境参数进行监测并在参数异常时进行预警。地面气象环境参数的监测及预警对提高环境控制的精确度、节约能源、提高环境的管理水平、提高环境单元内农林作物的产量与质量并最终提高环境单元的社会效益与经济效益起到举足轻重的作用,是实现农林作物生产自动化、高效化、优质化的关键环节之一。
现有的气象环境监测及预警普遍存在以下缺陷和不足:(1)目前现有的监测设备所使用的数据采集装置功能单一、扩展性差、采集数据单一,不能满足同时采集多项气象环境数据,因此不能使用数据对作物生长环境进行全面的分析、控制,导致监测系统整体的工作效率较低。(2)为了能采集环境单元内的多个气象环境参数,需要在环境单元内布置多个分别采集不同参数的数据采集传感器,多个数据采集传感器的使用占用了大量环境空间,造成空间资源浪费,多个因子数据采集分析需要进一步同步处理,也对环境分析造成不便,且导致气象环境监测投入成本过高。(3)气象环境监测系统主要采用有线方式实现各装置间的信息传输,且使用市电、农电给各装置供电,对数据线路和电力线路依赖性大。采用这种方式建立起来的气象环境监控系统组网速度慢且不够灵活,且功能可扩展性和数据采集器布置的灵活性差。这种有线传输及供电方式使环境单元内的信号线和动力线交织在一起,可靠性降低,安装维护不方便。同时由于数据采集器的传感器大多通过微电压进行数据采集,过长的线缆铺设会导致数据的误差较大。(4)环境单元内数据采集器数量少、分布密度小,在每个采集点只能检测局部环境的单一环境数据,导致气象环境监测设备的数据采集量小、精度低。(5)不能对所采集的环境单元的环境参数进行有效的远程实时监控,不能保存、管理大量的历史数据,难以实现历史数据追溯。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种地面气象环境监测及预警设备,以解决目前地面气象环境监测及预警技术采集数据单一、组网速度慢、布置灵活性差、无法实时监控数据的技术问题。
本实用新型所解决的技术问题可以采取以下方案来实现:一种地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述设备包括气象环境数据采集器、数据传输节点装置、云服务器、监控终端;所述气象环境数据采集器包括壳体、设置在所述壳体内的微处理器、与所述微处理器连接的太阳能供电组件Ⅰ、无线射频模块Ⅰ及要素感应组件,所述要素感应组件包括光照强度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器;所述数据传输节点装置包括处理器、与所述处理器连接的太阳能供电组件Ⅱ、无线射频模块Ⅱ、风向传感器、风速传感器以及GPRS无线通讯模块;每个所述数据传输节点装置均与多个所述气象环境数据采集器通过各自的无线射频模块无线射频连接,且所述气象环境数据采集器能够将采集到的气象环境数据通过无线射频模块Ⅰ发送给所述数据传输节点装置;所述数据传输节点装置通过所述GPRS无线通讯模块与所述云服务器及所述监控终端无线通讯连接,且所述数据传输节点装置能够将接收到的气象环境数据通过GPRS无线通讯模块发送给所述云服务器及所述监控终端;所述处理器包括设定单元、判断单元,所述设定单元能够设定各气象环境参数阈值,所述判断单元能够将接收到的由所述气象环境数据采集器所采集的气象环境数据及由所述设定单元预设的气象环境参数阈值进行比对,当采集的气象环境数据超出预设的气象环境参数阈值时,由所述判断单元向所述监控终端发送预警信息。
作为优选:所述数据传输节点装置还包括与所述处理器连接的显示屏。
作为优选:所述显示屏上设置有参数设置区和采集数据显示区。
作为优选:所述监控终端为手机、笔记本电脑、平板电脑或者台式电脑。
作为优选:所述判断单元与报警器无线连接,所述报警器包括蜂鸣器和/或闪光灯。
作为优选:所述数据传输节点装置还包括GPS定位系统。
作为优选:所述数据传输节点装置还连接有摄像头。
作为优选:所述壳体的底部成型为可插入土壤中的支脚,所述土壤温度传感器、土壤湿度传感器设置在所述支脚上。
作为优选:所述太阳能供电组件Ⅰ设置在所述壳体的顶部。
作为优选:所述太阳能供电组件Ⅰ、太阳能供电组件Ⅱ均包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池,所述太阳能电池板和蓄电池均通过导线与所述太阳能控制器连接。
采用本实用新型的技术方案,带来如下技术效果:(1)本实用新型的地面气象环境监测设备的数据采集器集成有光照强度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器及土壤湿度传感器,可以综合、全面的采集环境单元内的各项气象环境参数,提高了监测设备的工作效率、节约了气象环境参数监测成本、节省了数据采集器所占用的环境空间。(2)数据采集器和数据传输节点装置之间通过无线射频模块进行无线连接,且采用太阳能供电系统为数据采集器和数据传输节点供电,摆脱了传统气象环境监测设备对数据线路和电力线路的依赖,使得设备组网快速灵活、可靠性提高、能耗降低、安装维护更加方便。(3)每个数据传输节点和多个数据采集器连接,每个数据采集器又集成有多种环境参数检测传感器,因此可以提高环境单元内数据采集器的分布密度以使监测设备可用于大密度测量,且在每个采集点可以检测局部环境的多个环境数据,进而使监测设备数据采集量增大且精度提高。(4)数据传输节点装置能够将接收到的气象环境数据发送给云服务器及监控终端,通过云服务器及监控终端即可对环境数据进行远程实时监控,云服务器还可实现气象环境数据的管理和保存,方便工作人员对历史数据进行追溯。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型地面气象环境监测及预警设备结构示意图;
图2是本实用新型地面气象环境监测及预警设备结构框图;
图3是本实用新型地面气象环境监测及预警设备的气象环境数据采集器的结构示意图;
图4是本实用新型地面气象环境监测及预警设备的数据传输节点装置的结构示意图;
图5是本实用新型地面气象环境监测及预警设备的现场布置图;
主要标件与标号:
气象环境数据采集器:1;壳体:11;微处理器:12;太阳能供电组件Ⅰ:13;无线射频模块Ⅰ:14;光照强度传感器:151;空气温度传感器:152;空气湿度传感器:153;土壤温度传感器:154;土壤湿度传感器:155;
数据传输节点装置:2;处理器:21;设定单元:211;判断单元:212;太阳能供电组件Ⅱ:22;无线射频模块Ⅱ:23;风向传感器:241;风速传感器:242;GPRS无线通讯模块:25。
云服务器:3;
监控终端:4。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚地展示,下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
实施例
图1、图2为本实施例的地面气象环境监测及预警设备,如图1、2所示,所述设备包括气象环境数据采集器1、数据传输节点装置2、云服务器3、监控终端4;每个所述数据传输节点装置2均与多个所述气象环境数据采集器1通过各自的无线射频模块无线射频连接,所述气象环境数据采集器1用于采集环境单元内的各项环境数据,并且能够将采集到的气象环境数据通过无线射频模块Ⅰ14发送给所述数据传输节点装置2,所述数据传输节点装置2能够通过无线射频模块Ⅱ23接收由所述气象环境数据采集器1发送的气象环境数据,并且可以向与之连接的气象环境数据采集器1发送命令;
所述数据传输节点装置2通过所述GPRS无线通讯模块25与所述云服务器3及所述监控终端4无线通讯连接,且所述数据传输节点装置2能够将接收到的气象环境数据通过GPRS无线通讯模块发送给所述云服务器3及所述监控终端4;此外,当所述数据传输节点装置2判断采集的气象环境数据超出预设的气象环境参数阈值时,所述数据传输节点装置2向所述监控终端4发送预警信息。监控终端4与云服务器3之间也进行无线通讯连接,用户通过监控终端4即可查看及订正传送至云服务器3上的气象环境数据。
图3为气象环境数据采集器1的结构示意图,如图3所示,所述气象环境数据采集器1包括壳体11、微处理器12、太阳能供电组件Ⅰ13、无线射频模块Ⅰ14及要素感应组件,所述微处理器12设置在所述壳体11内、太阳能供电组件Ⅰ13、无线射频模块Ⅰ14及要素感应组件15均与所述微处理器12相连接,所述要素感应组件包括光照强度传感器151、空气温度传感器152、空气湿度传感器153、土壤温度传感器154、土壤湿度传感器155;
所述太阳能供电组件Ⅰ13、太阳能供电组件Ⅱ22均包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池;所述太阳能电池板和蓄电池均通过导线与所述太阳能控制器连接。
所述壳体11的底部成型为可插入土壤中的支脚,所述土壤温度传感器154、土壤湿度传感器155设置在所述支脚上;所述壳体11的上端部直径大于支脚,所述太阳能供电组件Ⅰ13设置在所述壳体11上端部的顶部,所述空气温度传感器152、空气湿度传感器153设置在壳体11上端部的底部。作为优选,所述气象环境数据采集器1还包括运行指示灯。
气象环境数据采集器1部署在农业大棚、小区绿化带等环境单元现场,属于定点传感变送装置,观测要素包括环境温湿度、土壤温湿度、光照强度等,通过无线射频信号与数据传输节点装置2实时通讯,实现环境单元要素量的智能感知功能。
气象环境数据采集器能够实时采集环境空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度等数据;支持自检测;采用DSSS直接序列扩频信号,支持远距离传输;具有唯一识别码,可现场操作挂接到最近的数据传输节点装置,具有时钟,支持远程设置功能;采用太阳能供电,弱光源充电电路,长寿命锂电池,低功耗设计;
气象环境数据采集器的技术参数如下:
气象环境数据采集器工作温度:-20℃~60℃;
传感器探头工作温度:-40℃~120℃
湿度准确度:±3%RH(5%RH~95%RH,25℃);温度准确度:±0.5℃(-20℃~60℃);
湿度长期稳定性:<1%RH/y;温度长期稳定性:<0.1℃/y;
土壤水分测量量程:0-100%容积含水率;
土壤水分测量精度:0-53%范围内为±3%;53-100%范围内为±5%;
土壤温度测量量程:-40~80℃;
土壤温度测量精度:±0.5℃;
土壤湿度的测量采用气象部门通用的FDR法,FDR(Frequency DomainReflectometry)频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器,它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数(ε),从而得到土壤容积含水量(θv),采用FDR测量土壤湿度具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。
气象环境数据采集器带有微处理器,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理器相结合的产物。与一般传感器相比,气象环境数据采集器具有以下优点:可实现高精度的信息采集,而且成本低、功能多样化。
图4为数据传输节点装置2的结构示意图,如图4所示,所述数据传输节点装置2包括处理器21、与所述处理器21连接的太阳能供电组件Ⅱ22、无线射频模块Ⅱ23、风向传感器241、风速传感器242以及GPRS无线通讯模块25;
所述处理器21包括设定单元211、判断单元212,所述设定单元211能够设定各气象环境参数阈值,所述判断单元212能够将接收到的由所述气象环境数据采集器1所采集的气象环境数据及由所述设定单元211预设的气象环境参数阈值进行比对,当采集的气象环境数据超出预设的气象环境参数阈值时,由所述判断单元212向所述监控终端4发送预警信息。
作为优选,所述数据传输节点装置2还包括与所述处理器21连接的触摸式显示屏。所述触摸式显示屏上设置有参数设置区和采集数据显示区。所述数据传输节点装置2还包括时钟及GPS定位系统。所述数据传输节点装置2还连接有摄像头。所述数据传输节点装置2还包括运行指示灯。触摸式显示屏的采集数据显示区用来显示由气象环境数据采集器发送的环境数据,方便工作人员对环境单元内的各项环境数据进行监控,并根据环境数据进行环境调控使环境单元内的气象环境更好得适应作物生长;触摸式显示屏的参数设置区用来输入各气象环境参数阈值。摄像头可以布置在环境单元现场内以对环境单元进行监控。
所述太阳能供电组件Ⅱ22均包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池;所述太阳能电池板和蓄电池均通过导线与所述太阳能控制器连接。
数据传输节点装置作为网络节点设备部署在农业大棚、小区绿化带等环境单元现场,其作用为接收无线射频信号可接收范围内的气象环境数据采集器发送的数据(可接收距离在开阔地一般方圆2公里的范围),并根据通讯协议通过互联网实时把数据传输到云服务器。数据传输节点设备与云服务器实时通讯,可以接收处理所述云服务器发出的指令。可以通过数据传输节点装置的触摸式显示屏进行气象环境数据采集器的现场挂接设置,也可以远程设置气象环境数据采集器的挂接,可挂接的气象环境数据采集器在数量上不受限制。数据传输节点设备具有的性能及功能特点包括:无线支持802.11b/g/n,最高速率150Mbps;支持有线、10M/100M自适应;支持联通、移动、电信上网卡;除太阳能供电外,也可支持市电(或农电);数据传输节点装置可以区分观测区域内的各个测量单元及各单元内的多个气象环境数据采集器;可以自动过滤附近非所属气象环境数据采集器发送的信号;具有大容量数据存储功能,掉电数据不丢失;具有人工数据下载功能;具有唯一的ID号,用于其它设备区分;利用数据传输节点装置可以完成气象环境数据的接收、计算、存储、打印、显示等功能。
所述云服务器3用于气象环境数据的接收、存储和管理,通过云服务器可随时查询被监测环境单元的环境温湿度、土壤温湿度、光照强度等环境参数。
所述监控终端4为手机、笔记本电脑、平板电脑或者台式电脑。监控终端与数据传输节点装置进行无线通讯,用于接收数据传输节点装置传送的各项气象环境数据,监控终端还用于显示气象环境数据采集器所采集数据的图形化区间(显示数据区间,数据区间包括适宜区间、下限区间、上限区间)及实时检测数据数值所处区间,方便终端用户对环境单元的气象环境进行监控。终端用户还可通过监控终端对环境单元、数据传输节点装置、数据传输节点装置与气象环境数据采集器间的挂接关系进行设置,方便用户对其各环境单元内的数据传输节点装置及气象环境数据采集器进行管理。所述监控终端还用于接收所述判断单元反馈的关于环境数据超出预设适宜值的预警信息,终端用户通过预警信息能够及时掌握环境单元内的环境状况,以使环境单元内超出预设值的环境参数能及时被调控到适宜作物生长的数值范围内。
所述设备还包括报警器,所述判断单元212与报警器无线连接,所述报警器包括蜂鸣器和/或闪光灯。当环境单元的环境数据超出预设参数阈值时,触发所述报警器开启,以提示环境单元现场的工作人员对环境参数进行调控。
地面气象环境监测及预警设备的通讯连接包括现场通讯和远程通讯两部分。现场通讯采用无线射频技术,数据传输节点装置与气象环境数据采集器可传输距离在开阔地一般方圆2公里的范围。数据传输节点装置与云服务器实时通讯采用互联网通讯技术,可采用无线通讯,也可采用TCP/IP协议通讯。现场通讯中每个节点装置可挂接的气象环境数据采集器在数量上不受限制,而且可以在现场或远程进行设置。
气象环境数据采集器与数据传输节点装置之间的挂接只受信号距离(开阔地1公里)的影响,并不受数量及环境单元的限制。每个数据传输节点装置可挂接多个环境单元的多个气象环境数据采集器,每个环境单元也可以安装多个节点装置。各气象环境数据采集器1可以设置在不同环境单元的检测点上,各气象环境数据采集器1也可以设置在同一环境单元的不同检测节点上。气象环境数据采集器通过DSSS射频信号将观测数据发送到节点装置。
图5所示为本实施例地面气象环境监测设备的现场布置图,如图5所示,该环境单元现场布置有一个数据传输节点装置2及八组共十六个气象环境数据采集器1,数据传输节点装置2布置在路旁,路两边各布置四组气象环境数据采集器1。
数据传输节点的计算能力和无线通信能力使得地面气象环境监测设备能够重新部署,对环境变化、地面气象环境设备自身变化以及网络控制指令做出及时反应,因而使地面气象环境监测设备适用于多种环境监测应用中。通过设置用于接收采集器采集的环境数据的数据传输节点装置,使工作人员不用再到环境单元现场进行数据采集,并且通过数据传输节点装置可实现连续自动化采集数据,节省人力物力,保证数据采集的实时性,能够对环境单元进行客观准确的监测评估。
本实用新型地面气象环境监测设备是基于物联网的精细环境监测设备,其适用于农业大棚、绿化带、农业大田、实验室、生产车间、档案室、仓库等需要进行环境监控的环境类型;或者应用于大型活动服务、灾害调查等需要临时性、大密度测量的情况。该地面气象环境监测设备能够对单一环境单元进行监测,也能同时对多个不同的环境单元进行监测,利于环境单元的集中管理,环境类型的多样化是实现精细化测量、差异化服务的基础。
应用于农业大棚时,可以根据需要监测棚内空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等环境要素,并根据监测结果及作物种类自动进行作物适应性判断及预警信息发送;应用于绿化带时,主要监测土壤温湿度环境;应用于实验室、生产车间、档案室、仓库等,可实现标准化场室建设;应用于大型活动服务、灾害调查等需要临时性、大密度测量的情况下时,主要利用了其气象环境数据采集器体积小、便于携带安装及组网快速灵活的特点。
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 (10)

1.一种地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述设备包括气象环境数据采集器(1)、数据传输节点装置(2)、云服务器(3)、监控终端(4);
所述气象环境数据采集器(1)包括壳体(11)、设置在所述壳体(11)内的微处理器(12)、与所述微处理器(12)连接的太阳能供电组件Ⅰ(13)、无线射频模块Ⅰ(14)及要素感应组件,所述要素感应组件包括光照强度传感器(151)、空气温度传感器(152)、空气湿度传感器(153)、土壤温度传感器(154)、土壤湿度传感器(155);
所述数据传输节点装置(2)包括处理器(21)、与所述处理器(21)连接的太阳能供电组件Ⅱ(22)、无线射频模块Ⅱ(23)、风向传感器(241)、风速传感器(242)以及GPRS无线通讯模块(25);
每个所述数据传输节点装置(2)均与多个所述气象环境数据采集器(1)通过各自的无线射频模块无线射频连接,且所述气象环境数据采集器(1)能够将采集到的气象环境数据通过无线射频模块Ⅰ(14)发送给所述数据传输节点装置(2);所述数据传输节点装置(2)通过所述GPRS无线通讯模块(25)与所述云服务器(3)及所述监控终端(4)无线通讯连接,且所述数据传输节点装置(2)能够将接收到的气象环境数据通过GPRS无线通讯模块(25)发送给所述云服务器(3)及所述监控终端(4);
所述处理器(21)包括设定单元(211)、判断单元(212),所述设定单元(211)能够设定各气象环境参数阈值,所述判断单元(212)能够将接收到的由所述气象环境数据采集器(1)所采集的气象环境数据及由所述设定单元(211)预设的气象环境参数阈值进行比对,当采集的气象环境数据超出预设的气象环境参数阈值时,由所述判断单元(212)向所述监控终端(4)发送预警信息。
2.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述数据传输节点装置(2)还包括与所述处理器(21)连接的显示屏。
3.根据权利要求2所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述显示屏上设置有参数设置区和采集数据显示区。
4.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述监控终端(4)为手机、笔记本电脑、平板电脑或者台式电脑。
5.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述判断单元(212)与报警器无线连接,所述报警器包括蜂鸣器和/或闪光灯。
6.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述数据传输节点装置(2)还包括GPS定位系统。
7.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述数据传输节点装置(2)还连接有摄像头。
8.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述壳体(11)的底部成型为可插入土壤中的支脚,所述土壤温度传感器(154)、土壤湿度传感器(155)设置在所述支脚上。
9.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述太阳能供电组件Ⅰ(13)设置在所述壳体(11)的顶部。
10.根据权利要求1所述的地面气象环境监测及预警设备,其特征在于:所述太阳能供电组件Ⅰ(13)、太阳能供电组件Ⅱ(22)均包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池,所述太阳能电池板和蓄电池均通过导线与所述太阳能控制器连接。
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