CN201197151Y - 分布式无线气象观测站 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种分布式无线气象观测站，该装置由中心数据处理器和若干个节点微功耗无线传感器组成，各节点微功耗无线传感器与中心数据处理器采用分布式WSN技术组成近距离区域无线通讯网。节点微功耗无线传感器将采集的气象要素转换成电信号，经处理后通过无线方式与中心数据处理器进行数据信息交换通讯；中心数据处理器对各节点微功耗无线传感器的上传气象数据处理后，通过通讯模块或与因特网连接，以实现广阔区域范围内的气象信息传输。本实用新型布设方便，成本和故障率低，并具有较强的防鼠性能和抗感应雷雷击的能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气象观测装置，具体地说是一种分布式无线气象观测站。
背景技术
目前国内外所使用的气象观测站(也称为自动气象站)，主要有以下三种组成形式：
一是采用集中控制系统，即各种传感器与数据采集器用模拟/数字信号线逐一直接连接，有多少个传感器，就有多少根连接电缆。这就造成现场线缆布设的施工工程量大，成本高，维护检修困难，而且在增加新的监测气象要素时，就需要修改软硬件，因此系统的可扩展性差。
二是利用“1-Wire”一线技术的现场总线分布式自动气象站系统，各种传感器与数据采集器之间用一条三芯电缆连接，各传感器并接于总线上，采用编码识别技术获取传感器气象要素值，系统结构简单、易于扩充。但因存在有多个传感器的并接，所以通讯距离短，一般为十几米，且存在有数据丢失的现象。
三是现场总线自动气象站，采用CAN总线技术实现各传感器与主数据采集器的连接，使气象数据传输距离在现场总线范围内可达到10km，通信距离大幅延长。但存在的问题是分数据采集器与传感器连接线缆的布置仍然需要一定的工程量，且分数据采集器无法与传感器一起检定，无法排除系统误差。
以上三种组成形式的自动气象站在安装布设时，传感器与采集器的连接都需要布设一定长度的线缆，地埋布设工程、屏蔽和防鼠措施等也都需要增加费用；检定时传感器不能与采集器同时进行室内检定，因而很难排除系统误差；另外，所布设的线缆存在有感应雷雷击侵入的危险性。
实用新型内容
本实用新型的目的就是克服现有技术存在的不足，提供一种分布式无线气象观测站，以实现广阔区域内的无线气象信息传输。
本实用新型是这样实现的：一种分布式无线气象观测站，该装置是由中心数据处理器和若干个节点微功耗无线传感器组成，各节点微功耗无线传感器与中心数据处理器采用分布式WSN技术组成近距离区域无线通讯网。
本实用新型的发明要点就是使用分布式WSN技术构建分布式无线气象观测站。这种气象观测站是利用单片机片上的系统(SoC)技术构成节点微功耗无线传感器，采用分布式WSN技术，就可以在以中心数据处理器为中心、半径200m的区域范围内，方便地采集各种气象要素。然后，利用GPRS/CDMA及因特网技术，将分布在GPRS/CDMA及因特网所覆盖范围内的气象要素状态信息进行采集、处理和上传，以作为天气预报分析的数据信息。
在上述方案中，节点微功耗无线传感器用于将所采集的气象要素转换成各种电信号，并完成信号处理，然后再通过无线方式与中心数据处理器进行数据信息交换通讯，中心数据处理器按照气象部门制定的《地面观测规范》的要求，对各节点微功耗无线传感器的上传气象数据进行处理，通过GPRS/CDMA通讯模块或与因特网连接，由此实现广阔区域范围内的气象信息传输。
本实用新型中的节点微功耗无线传感器与中心数据处理器之间由于是通过无线通讯模块进行近距离的区域无线通讯，没有通讯电缆的连接，因而系统具有很好的抗感应雷雷击的能力和防鼠性能；并且各节点微功耗无线传感器可与采集器同时进行室内检定，因而可以较好地排除系统误差；由于是采用近距离无线通讯组网，节点微功耗无线传感器和中心数据处理器均由太阳能供电装置供电，并且是悬浮接地，因而布设方便，可以免除布线、地网工程、屏蔽以及防鼠措施等所需费用，成本和故障率均可大幅降低，节约了建设经费。
下面结合附图对本实用新型做进一步详述。
附图说明
图1是本实用新型的系统组成框图。
图2是节点微功耗无线传感器的电路结构图。
图3是中心数据处理器的电路结构图。
具体实施方式
如图1所示，本新型分布式无线气象观测站是由若干个节点微功耗无线传感器1和中心数据处理器2组成，其中节点微功耗无线传感器1由根据需要选配的气象要素传感器1-1、满足不同传感器电器联接的传感器适配模块1-2、与中心数据处理器进行通讯的无限通讯采集模块1-3和太阳能供电装置1-4连接组成。其所用气象要素传感器1-1可选配气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、辐射、蒸发等多种传感器，这些传感器将所探测的气象要素的变化转换成相关的电量变化，再经过传感器适配模块1-2的调理，使变化电量满足无线通讯采集模块1-3中的A/D模数转换的需要；无线通讯采集模块1-3按照程序设定的要求，完成对上述各种气象观测要素的采集和处理，并通过内置的无线收发装置将气象数据上传到中心数据处理器2；太阳能供电装置1-4用于为节点微功耗无线传感器1提供用电保障。
本实用新型中的中心数据处理器2由根据需要选配的GPRS/CDMA通讯模块或Internet通讯端口2-1、与节点微功耗无线传感器通讯的无线通讯模块2-2、中心处理模块2-3和太阳能供电装置2-4连接组成。在中心处理模块2-3中内置有预先编制的控制软件，以控制其本身和各节点微功耗无线传感器1的工作运行，并对各节点微功耗无线传感器1所上传的气象观测要素的数据，通过无线通讯模块2-2进行接收，再按照气象部门制定的《地面观测规范》的要求进行数据处理，最后通过GPRS/CDMA通讯模块或Internet通讯端口2-1进行信息传输。太阳能供电装置2-4用于为中心数据处理器2提供用电保障。
在图2所示的节点微功耗无线传感器1的一个实施例中，在无线通讯采集模块1-3上配置有包括电容C1—C12、电阻R1—R2、晶振Y1和天线等组成的外围电路；在模块中设有多路A/D转换器，以与外部的传感器适配模块1-2相连接。为满足工作需要，还增加有与模块相接的程序存储单元。传感器适配模块1-2与气象要素传感器1-1相接，构成气象观测要素从非电量到电量的一条采集和转换通道。太阳能供电装置1-4是将太阳能板连接到DC充电模块上，DC充电模块的输出端接充电电池，通过充电电池的Vcc端为节点微功耗无线传感器1提供直流工作电压。各节点微功耗无线传感器1具有唯一的标识编码。其工作过程是：各传感器中的无线通讯模块1-2接收中心数据处理器2中的中心处理模块2-3发出的气象要素采集指令，无线通讯模块1-3内置的CPU根据指令对其A/D端口进行气象要素的数据采集操作，并将所采集的数据上传到中心处理模块2-3；在接收到中心处理模块2-3发回的确认信息后即完成一次气象要素的采集。
在图3所示本的中心数据处理器2的一个实施例中，中心处理模块2-3是由处理器、两个存储器、地址译码器和时钟芯片等连接组成；在处理器上配置有异步通讯接口和RS232通讯接口，异步通讯接口用于连接无线通讯模块2-2，RS232通讯接口用于连接GPRS/CDMA通讯模块或Internet通讯端口2-1；太阳能供电装置2-4可采用与节点微功耗无线传感器1中的太阳能供电装置相同的结构形式，并通过Vcc端为中心数据处理器2中的各部分提供直流工作电压。
Claims (4)
1.一种分布式无线气象观测站，其特征在于该装置是由中心数据处理器(2)和若干个节点微功耗无线传感器(1)组成，各节点微功耗无线传感器(1)与中心数据处理器(2)采用分布式WSN技术组成近距离区域无线通讯网。
2.根据权利要求1所述的分布式无线气象观测站，其特征在于节点微功耗无线传感器(1)由气象要素传感器(1-1)、传感器适配模块(1-2)、无限通讯采集模块(1-3)和太阳能供电装置(1-4)连接组成。
3.根据权利要求1所述的分布式无线气象观测站，其特征在于中心数据处理器(2)由GPRS/CDMA通讯模块或Internet通讯端口(2-1)、与节点微功耗无线传感器通讯的无线通讯模块(2-2)、中心处理模块(2-3)和太阳能供电装置(2-4)连接组成。
4.根据权利要求3所述的分布式无线气象观测站，其特征在于所述的中心处理模块(2-3)是由处理器、存储器、地址译码器和时钟芯片连接组成；在处理器上配置有异步通讯接口和RS232通讯接口，异步通讯接口连接无线通讯模块(2-2)，RS232通讯接口连接GPRS/CDMA通讯模块或Internet通讯端口(2-1)
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