DE9401128U1

DE9401128U1 - Meteorologische Meßstation

Info

Publication number: DE9401128U1
Application number: DE9401128U
Authority: DE
Original assignee: G Lufft Mess und Regeltechnik GmbH
Current assignee: G Lufft Mess und Regeltechnik GmbH
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2004-01-25

Description

Meterologische Meßstation

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine meteorologische Meßstation nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs

Eine solche gattungsbildende meteorologische Meßstation dient zur Messung der Größen der Meteorologie als Physik der Atmosphäre wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Windrichtung und -stärke oder Sonneneinstrahlung mittels meteorologischer Instrumente. Moderne Instrumente sind im wesentlichen aus einem Sensor, der die physikalische Größe in ein elektrisches Meßsignal umwandelt und einer Datenverarbeitungseinrichtung für diese Meßsignale aufgebaut . In der Regel sind die Sensoren relativ weit von der Datenverarbeitungseinrichtung entfernt, so daß entweder die Daten über eine sehr lange Leitung übertragen werden müssen oder vor Ort mit einem separaten Gerät gespeichert und anschließend per Hand zur Auswertestation transportiert werden.

Es ist klar, daß die letztgenannte Methode relativ umständlich und daher teuer ist. Bei der Übertragung über eine lange Leitung wird herkömmlicherweise ein analoges Signal über die Leitung, beispielsweise ein Koaxialkabel übertragen. Bei einer solchen Übertragung wird das zu übertragende Signal aufgrund der Ohm'sehen Widerstände der Leitung und der Leitungskapazitäten gedämpft, so daß eine fehlerfreie Erkennung des analogen Signals in einer gewissen Entfernung von der Meßstation nicht mehr möglich ist. Deshalb muß das Signal, nachdem es eine gewisse Leitungslänge durchlaufen hat, wieder aufgefrischt werden durch eine entsprechende Verstärkung bzw. durch einen Signalimpulsumformer. Der Aufwand hierfür ist ebenfalls relativ hoch. Zudem ist ein solches System aufgrund der vielen verstärkenden Zwischenstationen sehr störanfällig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, eine meteorologische Meßstation bereitzustellen, bei der selbst bei einer großen Entfernung zwischen den Sensoren und der Stelle, an der*.ndiej.l|a|:e'a ä*üs*gäWel:tet werden, eine siehe-

re und einfache Datenübertragung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die meteorologische Meßstation gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere insofern vorteilhaft, daß bei einer Wettermeßstation die Sensoren in der Regel in großer Entfernung von der Auswertestation lokalisiert sind, um möglichst ungestört die Umweltbedingungen zu messen. Daher ist es dringend erforderlich, die Meßgrößen ständig, aber in einem großen Abstand von den Meßsensoren zu überwachen.

Durch die Digitalisierung der in analoger Form vorliegenden Meßsignale und die anschließende Übertragung über einen digitalen Datenbus ist es möglich, sehr große Entfernungen mit einer einzigen Leitung zu überbrücken ohne das Signal zwischendurch aufzufrischen bzw. zu verstärken. Gleichzeitig erhöht sich bei einer digitalen Übertragung die Datensicherheit, da die Einflüsse der parasitären Leitungskapazitäten weitgehend eliminiert werden können. Zudem verringert sich der erforderliche Aufwand, den Datenbus an einen herkömmlichen Personal Computer anzuschließen, wenn die Daten bereits in digitaler Form auf dem Bus vorliegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der meteorologischen Meßstation sind eine Vielzahl von Sensoren vorgesehen, die jeweils eine physikalische Größe in ein elektrisches Meßsignal umwandeln und ein Multiplexer, der selektiv eines der Sensorausgangssignale an eine

Analog/Digital-Wandlereinrichtung speist. Der Vorteil dieser Multiplexerkonfxguration ist es, daß lediglich eine Analog/Digital-Wandlereinrichtung erforderlich ist, um ein beliebig ausgewähltes Sensorausgangssignal umzuwandeln.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Datenübertragungseinrichtung einen Busprozessor und/oder einen Bustreiber, die das digitale elektrische Meßsignal für die übertragung über den digitalen Datenbus geeignet aufbereiten. Die Verwendung eines Busprozessors und/oder Bustreibe*rd iörmögl'icnj: 'e,s|"S.ie Form der digitalen

Daten beliebig und für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet aufzubereiten. Diese Aufbereitung geschieht vor der Übertragung über den Bus, wodurch die Parameter, wie Datenübertragungsgeschwindigkeit oder Datenformat beliebig einstellbar sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Busprozessors wandelt dieser die digitalen Meßdaten in ein Datenübertragungsformat nach einem festgelegten Datenubertragungsprotokoll mit Fehlerkennung und/oder Fehlerkorrektur um. Ein solches Datenübertragungsprotokoll hat die bekannten Vorteile hinsichtlich der Erhöhung der Datensicherheit.

Vorteilhafterweise besitzt die meteorologische Meßstation eine Schnittstelle, über die der digitale Datenbus mit der Recheneinheit und/oder dem Datenaufzeichnungsgerät verbunden ist. Die Verwendung einer - vorzugsweise seriellen Schnittstelle besitzt die bekannten Vorteile, nämlich die Kompatibilität und die Möglichkeit eines einfachen, wahlweisen Anschlusses an andere Auswertegeräte.

Vorzugsweise stellt die Datenübertragungseinrichtung eine Datenübertragung von der Recheneinheit über den digitalen Datenbus in Richtung zu den Sensoren bereit, um die Systemparameter einzustellen. Dies eröffnet dem Bediener zusätzliche Möglichkeiten Einfluß auf die Datenübertragung zu nehmen sowie Befehlssignale an die einzelnen Komponenten des Systems zu senden. Beispielsweise kann damit die Verstärkungsfunktion und die Ansprechschwellwerte der Sensorsignale von der Recheneinheit aus eingestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführung der meteorologischen Meßstation erfassen die Sensoren solche physikalischen Größen, die gewöhnlicherweise in der Meteorologie gemessen werden, um das Wetter oder das Klima zu bestimmen, wie beispielsweise der Luftdruck, die Temperatur, den Niederschlag, die Windgeschwindigkeit oder die Sonnenstrahlung.

Die vorliegende Erfindung wird noch deutlicher von der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches anhand der beiliegentiöil.Seiehijung· e;f3jäütert wird.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße meteorologische MeSstation, die im wesentlichen aus Sensoren Sl..SlO, einer Basismeßbox 100, einer Verarbeitungs- und Datenspeichereinheit 200 und einem, diese beiden Einheiten koppelnden digitalen Datenbus 300. Zusätzlich bestehen verschiedene Peripheriegeräte, die allgemein mit dem Bezugszeichen 400 gekennzeichnet sind.

An die Basismeßbox 100 kann eine beliebige Anzahl von Sensoren Sl..SlO angeschlossen werden. In der Zeichnung sind zur Illustration lediglich zehn Sensoren gezeigt; es ist jedoch klar, daß auch eine größere Anzahl von Sensoren verwendet werden kann. Die Sensoren sind herkömmliche Meßwertumformer, die aus einer physikalischen Größe ein analoges elektrisches Meßsignal erzeugen. Diese Sensoren messen übliche Daten der Meteorologie zur Bestimmung des Wetters bzw. des Klimas, nämlich die Temperatur, die relative Feuchte, die Bodentemperatur, den Niederschlag, den Luftdruck, die Windgeschwindigkeit oder Windrichtung, die Sonneneinstrahlung usw.. Die Sensoren Sl..SlO geben ein normiertes elektrisches Signal ab, beispielsweise entsprechend dem Pegel von 0 bis 5 Volt. Zumindest einzelne der Sensoren besitzen einstellbare Parameter, wie die Empfindlichkeit, die Verstärkung oder den Meßbereich, die mechanisch oder im Ansprechen auf ein elektrisches Steuersignal justiert werden können, was im einzelnen noch beschrieben werden wird.

Die Basismeßbox 100 umfaßt einen Multiplexer 110, einen Analog/Digital-Wandler 120 sowie einen Busprozessor 130 und einen Bustreiber 140. Der Multiplexer 110 erhält die normierten elektrischen analogen Ausgangssignale der Sensoren Sl..SlO. Der Ausgang des Multiplexers 110 ist mit dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 120 verbunden. Weiter bestehen zwischen dem Wandler 120 und dem Busprozessor 130 sowie dem Bustreiber 140 entsprechende Verbindungen. Darüberhinaus ist der Busprozessor 130 mit dem Bustreiber 140 gekoppelt.

Wie vorangehend beschrieben, ist bei der meteorologischen

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Meßstation die Bas*i3iH6ß£>o5c *f.Od· df.Jl "in beträchtlicher Entf er-

nung von der Datenauswerte- und Speichereinheit 200 lokalisiert. Der Datenbus 3 00, der die beiden Einheiten miteinander koppelt, kann daher durchaus eine physikalische Länge von 1000 m besitzen. Im allgemeinen ist der Datenbus ein bidirektionaler digitaler Bus, über den Daten gemäß einem festgelegten Datenübertragungsprotokoll übertragen werden. Als Beispiel für einen digitalen Datenbus sei der CAN-Datenbus genannt, der ca. 1985 in der Kfz-Industrie von den Firmen Bosch und Intel entwickelt wurde. Es kann jedoch jeder beliebige bidirektionale digitale Datenbus mit einem anderen Datenformat zum Einsatz kommen. Darüberhinaus ist es vorstellbar, daß der Datenbus aus einem Lichtwellenübertragungssystem aufgebaut ist, welches geeignete optische Kopplungselemente und einen Lichtwellenleiter umfaßt. Dieses optische Übertragungssystem besitzt den Vorteil einer völligen Immunität gegen elektromagnetische Störungen, die die Übertragung von Meßdaten beeinträchtigen könnte.

Der Datenbus 300 ist über eine geeignete Schnittstelle 215, 225, beispielsweise die serielle Schnittstelle RS485 entweder mit einem herkömmlichen Personal Computer 210 des IBM-Standards oder mit einem Datalogger 220 verbunden. Der Datalogger ist eine speziell entwickelte Zentraleinheit für die Verarbeitung und Speicherung der Meßdaten. Es soll jedoch betont werden, daß das System auch lediglich mit dem Personal Computer voll funktionsfähig ist. Werden beide Geräte 210, 220 verwendet, so werden beide zweckmäßigerweise über einen zusätzlichen Datenbus 230 verbunden. Diese Kopplung kann beispielsweise über Halb- oder Vollduplexmodems vorgenommen werden und erlaubt eine Übertragung von Daten von einem zum anderen Gerät in beiden Richtungen.

Schließlich weist die Datenverarbeitungs- und Speichereinheit 200 eine Verbindung zu weiteren Peripheriegeräten 400, wie z.B. einem billigen Massenspeicher oder einem Drucker auf.

Im folgenden soll der Betrieb der erfindungsgemäßen meteorologischen Meßwertstation kurz erläutert werden.

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Zunächst initialisiert ein Bediener die Parameter des Systems beispielsweise das Format und die Geschwindigkeit der Datenübertragung oder die Umwandlungsrate des Wandlers 120. Um einen der Sensoren Sl..SlO anzusprechen, sendet die Datenverarbeitungseinheit 200 ein bestimmtes Adressignal an den Multiplexer 110, woraufhin dieser ein entsprechendes der Ausgangssignale der Sensoren Sl..SlO auf seinen Ausgang legt. Dieses Ausgangssignal wird von dem Analog/Digital-Wandler abgetastet und steht an dessen Ausgang seriell oder parallel zur Abholung bereit.

Alternativ dazu kann auch ein Analog/Digital-Wandlerbaustein verwendet werden, der eine Vielzahl von Eingangskanälen besitzt zum Empfang der analogen Ausgangssignale der Sensoren Sl..SlO. Falls es erforderlich sein sollte, mehrere Meßsignale in Echtzeit zu messen, kann die Schaltung auch durch eine geeignete Anzahl von Analog/Digital-Wandlern erweitert werden.

Auf Anfrage durch den Busprozessor 130 oder den Bustreiber 140 werden die digitalisierten Meßdaten vom Wandler 120 ausgegeben. Der Busprozessor 13 0 sorgt für eine Umwandlung der Meßdaten in ein für die Datenübertragung geeignetes Datenformat.

Das Datenformat kann beispielsweise so aufgebaut sein, daß am Anfang ein bestimmtes Bitmuster den Start signalisiert, sich danach ein Kontrollfeld, ein Datenfeld sowie ein Feld für Fehlererkennung und Bestätigung sich anschließt und schließlich ein Bitmuster erfolgt, welches das Ende des Datenformats angibt. Mittels des Bustreibers 140 wird das so erzeugte Datenformat auf dem Datenbus gelegt und zur Datenverarbeitungs- und Speichereinheit 200 übertragen. '

Dort kann es über die Schnittstellen 215, 225 entweder dem Personal Computer oder dem Datalogger zugeführt werden. Das Datenformat wird nunmehr demoduliert, d.h. aus dem Datenformat werden lediglich die Meßdaten extrahiert und im Bedarfsfall eine Fehlererkennung und/oder Korrektur durchgeführt. Die Meßdaten sind danach frei verfügbar, d.h. sie können anwenderspezifisch au^g^wfrtet, gespeichert oder übertragen

werden. Die Übertragung der Daten zu einem der Peripheriegeräte 400 geschieht in üblicher Weise, was keiner näheren Erläuterung bedarf.

Claims

Schutzansprüche:

1. Meteorologische Meßstation mit wengistens einem Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in ein elektrisches Meßsignal,

einer Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung des Meßsignals an eine Recheneinheit und/oder ein Datenaufzeichnungsgerät, die sich in einer größeren räumlichen Entfernung von dem Sensor befinden, gekennzeichnet durch

eine Analog/Digital-Wandlereinrichtung (120), die das elektrische Meßsignal in digitale Form umwandelt und dadurch, daß die Datenübertragungseinrichtung einen digitalen Datenbus (300) aufweist zur Übertragung des digitalen Meßsignals an die Recheneinheit (200) und/oder das Datenaufzeichnungsgerät (400).

2. Meteorologische Meßstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Sensoren (Sl..SlO) vorgesehen sind, die jeweils ein entsprechendes elektrisches Meßsignal erzeugen und daß ein Multiplexer selektiv eines der Sensorausgangssignale an die Analog/Digital-Wandlereinrichtung speist.

3. Meteorologische Meßstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungseinrichtung einen Busprozessor (130) und/oder einen Bustreiber (140) aufweist, die das digitale elektrische Meßsignal für die Übertragung über den digitalen Datenbus (300) geeignet aufbereiten.

4. Meteorologische Meßstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Busprozessor (130) die digitalen Meßdaten in ein Datenformat gemäß einem festgelegten Datenübertragungsprotokoll mit Fehlerkennung und/oder -korrektur umwandelt.

5. Meteorologische Meßstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise serielle Schnitt-

stelle (215, 225) ,^:.jiSöridJLe:deii:*4igiiJ:ale Datenbus mit der

Recheneinheit (200) verbunden ist.

6. Meteorologische Meßstation nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die

Datenübertragungseinrichtung eine Datenübertragung von der Recheneinheit (200) über den digitalen Datenbus (300) in Richtung zu den Sensoren (Sl..SlO) bereitstellt, um die Systemparameter einzustellen.

7. Meteorologische Meßstation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (Sl..SlO) solche physikalischen Größen erfassen, die gewöhnlicherweise in der Meteorologie gemessen werden, um das Wetter oder das Klima zu bestimmen, beispielsweise der Luftdruck, die Temperatur, den Niederschlag, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung oder die Sonneneinstrahlung.