CN221550953U - 一种区域自动气象站核查检修仪 - Google Patents

Abstract

一种区域自动气象站核查检修仪，涉及区域气象站检测技术领域，解决现有气象站检查检修仪器无法实现对采集的数据地准确度进行判断，以及不具备线路通断检测以及应急供电等功能，导致其无法满足实际应用的问题。包括单片机，与所述单片机电连接的温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器和电压检测电路；还包括与所述单片机电连接的气压传感器、蜂鸣器以及供电模块。本实用新型所述的检修仪同时兼顾了其他传感器的核查检修功能，便于携带；同时，可以实现雨量校准功能，设计的应急电源接口可以在没有电的情况下使用自动气象站蓄电池供电。

Description

一种区域自动气象站核查检修仪

技术领域

本实用新型涉及区域气象站检测技术领域，具体涉及一种区域自动气象站核查检修仪。

背景技术

目前，区域自动气象站核查检修技术已有多项专利技术，与本申请最接近的现有的专利，如：申请号为：201721713288.2。专利名称：一种具有检测维护维修自动气象站功能的仪器。该专利技术存在如下技术缺点：

(1)目前区域自动气象站中主要为六要素：风向、风速、温度、湿度、降雨、气压，而在该方案中没有气压的检测。

(2)该设备的检测是通过读取传感器的数值来判断传感器线路的好坏，如果气象数据与真实气象数据有偏差根本无法判别。也就是说该套设备对于失真的气象站传感器无法进行准确判别。

(3)该设备只能检测雨量传感器好坏无法按照标准对雨量传感器进行校准。也就是说对目前区域自动气象站翻斗式雨量传感器无法判别其准确度是否符合要求。

(4)该设备无法实现普通线路的通断检测报警功能。

(5)该设备没有应急供电功能。

因此，本实用新型提供一种区域自动气象站核查检修仪以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型为解决现有气象站检查检修仪器无法实现对采集的数据地准确度进行判断，以及不具备线路通断检测以及应急供电等功能，导致其无法满足实际应用的问题，提供一种区域自动气象站核查检修仪。

该检修仪包括单片机，与所述单片机电连接的温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器和电压检测电路；还包括与所述单片机电连接的气压传感器和蜂鸣器；

在检修仪壳体上设置有两个温度传感器接口、两个湿度传感器接口、两个气压传感器接口；分别用于连接自动气象站的温度传感器、湿度传感器、气压传感器和标准的温度传感器、标准的湿度传感器、标准的气压传感器，并通过壳体的液晶屏显示被测量传感器和各标准传感器的数值。

进一步地，所述检修仪壳体上设置有雨量传感器接口，所述接口连接自动气象站采集箱内的雨量传感器接线端子；或采用检测线，检测线一端采用接插头的方式与雨量传感器接口连接，另一端采用鳄鱼夹的方式与雨量传感器的接线端子连接。

进一步地，所述电压检测电路包括电阻R1和电阻R2；

被检测电压端与电阻R1的一端接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、分压后的电压端连接；电阻R2的另一端接地；

所述电压检测电路通过分压电路将被检测电压调制≤3.3V，通过单片机中的ADC芯片进行测量，获得被检测电压值。

进一步地，通过在线路两端连接检测表笔TEST1和TEST2，TEST_STM32连接单片机的检测I/O口，当被检测线路是通路，TEST_STM32则为高电平，如果线路是断路，TEST_STM32为则低电平，蜂鸣器不响；通过单片机检测出高低电平判断出线路的通断情况。

进一步地，所述温度传感器采用恒流源电路，该电路包括四线制PT100铂电阻测温电路和运放电路；电流通过四线制PT100铂电阻测温电路获得与温度成线性关系的电压值，所述运放电路对所述电压值进行放大后通过单片机中的ADC转换后读取电压值，根据获得的电压值和电流值获得四线制PT100铂电阻的电阻值，最终获得温度值。

进一步地，所述湿度传感器的测量范围为0～100％RH，输出电压为0～1V，通过所述单片机中的ADC电压检测功能测量出湿度传感器输出电压，并换算出湿度值，实现湿度测量；通过所述检修仪壳体上两个湿度传感器接口实现湿度数据对比采集，并通过液晶屏显示。

进一步地，所述气压传感器采用数字式气压传感器，通过检修仪壳体上的两个气压传感器接口分别读取气压传感器数值，实现气压数据对比采集，并通过液晶屏显示数据。

进一步地，所述风向传感器输出七位格雷码，检测格雷码盘输出信号是否正常；通过检修仪壳体上的风向接口接入风向传感器信号后通过三极管连接每个格雷码信号线输出端，然后带动LED灯显示；

当有信号输出时，则触发三极管点亮LED灯，每个格雷码输出线均对应一个LED灯。

进一步地，所述风速传感器测量范围在0～60米每秒，频率范围在0～1221Hz，采用单片机中断或者高低电平检测进行信号采集，根据查表法查出风速值，通过观察输出值来判断风速传感器是否故障。

进一步地，还包括供电模块，所述供电模块包括外接电源供电和锂电池供电；

所述锂电池供电采用12V稳压电源通过检修仪壳体上的充电口充电，或采用12V蓄电池充电。

本实用新型的有益效果：

一、本实用新型所述的检修仪同时兼顾了其他传感器的核查检修功能，便于携带；同时，本新型设计的应急电源接口可以在没有电的情况下使用自动气象站蓄电池供电。

二、本新型所述的检修仪通过数据对比的方法可以判别国家区域自动气象站的温度传感器、湿度传感器、气压传感器数值是否失真；当被检测的温度传感器、湿度传感器、气压传感器和标校过的温度传感器、湿度传感器、气压传感器同时接入检修仪的接口时就显示屏就可以显示出被测量传感器和标校过的传感器的数值。如果有关数值偏差温度±0.2℃、湿度±2％、气压±1帕范围内可以认为传感器正常，否则判别为异常，需要及时更换。

三、本新型所述的检修仪可以检测电路通断情况，并作出判断提示。同时具备电压检测功能可以检测蓄电池电压、太阳能板输出电压、太阳能控制器输出电压等。

四、本新型所述的检修仪配合放水漏斗可以实现翻斗式雨量筒和核查校准功能。替代目前比较重的JJS2雨量校准仪。

五、本新型所述的检修仪设置两个气压传感器接口、两个温度传感器接口以及两个湿度传感器接口，通过对比区域自动气象站传感器和实验室核查过的标准传感器在同环境，同时间的数据来判断设备好坏。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种区域自动气象站核查检修仪的原理框图；

图2为本实用新型所述的一种区域自动气象站核查检修仪的外观示意图；

图3为电压检测的电路图；

图4为线路通断检测的电路图；

图5为与本实用新型所述的一种区域自动气象站核查检修仪配合使用的盛水器示意图。

图中：1、风向传感器接口，2、温度传感器接口，3、湿度传感器接口，4、菜单操作按键，5、应急充电接口，6、电源开关，7、风速传感器接口，8、雨量传感器接口，9、气压传感器接口，10、液晶显示屏，11、功能按键，12、电压检测表笔接口，13、通断检测表笔接口，14、放水漏斗腔体，15、放水嘴。

具体实施方式

结合图1至图5说明本实施方式，一种区域自动气象站核查检修仪，本实施方式采用目前主流的STM32单片机作为核心单片机，实现数据读取、处理、控制、输出、通信、显示等一系列功能。达到项目要求。且具备进一步升级的空间。该检修仪能够基本解决区域自动气象站检修、维护和核查中需要的电子电路检测需求。具有方便携带，功能齐全等特点。本实施方式所述的检修仪主要的使用对象是航天新气象公司DZZ4型号的自动气象站。

本实施方式所述的检测修仪具备如下功能，如表1。

表1

针对上述表1具备的功能，设计检修仪的具体硬件电路；

本实施方式中，所述检修仪采用STM32单片机作为控制核心，STM32是ST公司基于ARMCortex-M内核开发的32位微单片机。STM32常用在嵌入式领域。如智能车、无人机、机器人、无线通信、物联网娱乐电子产品。STM32功能强大、性能优异、片上资源丰富、功耗低、是一款经典的嵌入式微单片机。本实施方式中具体采用STM32F103V系列芯片。该芯片特征如表2：

表2

如图1所示，本实施方式所述的一种区域自动气象站核查检修仪，包括检修仪壳体，设置在所述壳体内的单片机，与所述单片机电连接的恒流源电路、湿度传感器、气压传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器、电压检测电路以及蜂鸣器；

如图2所示，所述壳体上设置功能铵键11以及液晶显示屏10，所述功能按键11与液晶显示屏10均与单片机电连接；在所述壳体上还设置有两个温度传感器接口2、两个湿度传感器接口3、两个气压传感器接口9、雨量传感器接口8、风向传感器接口1和风速传感器接口7；

液晶屏可以采用并口或者串口方式与单片机连接，通过单片机控制负责显示有关数据。

蜂鸣器通过单片机控制一只三极管进行驱动，在系统中主要起到按键提示，以及通断提示和电源电压报警功能。

本实施方式中，所述检修仪的壳体采用防震、防水且耐低温和高温(-10℃～85℃)的硅胶材料。在所述壳体上设置两个温度传感器接口2，两个湿度传感器接口3，两个气压传感器接口9，可以对自动气象站传感器和携带的“标准器”进行数据对比。

本实施方式中，雨量传感器接口8用于连接采集箱内的雨量线接头，当区域自动气象站的雨量传感器下翻斗翻转一次该仪器就会记录0.1mm降雨量。当从标准量器里面倒入10mm水(314.16ml)，看计数器是否为10mm，如果不在±3％的误差范围内，需要对雨量传感器进行校调。

雨量信号为电路通断检测，检测到一次信号雨量值为0.1mm，可以通过中断检测或者开关信号检测来计算雨量传感器的通断累计数。

雨量计数采用开关检测断路，类似于上述的通断检测，只是当检测到高电平时单片机累计+1，一次信号到代表0.1毫米。

风向传感器接口1用于检测风向传感器，首先对数据清零，当风向传感器转一圈后(360°)如果发现某个线路表示位还是0说明没有接收到信号，可以判断为传感器损坏。

风速传感器接口7用于检测风速传感器，转动风速传感器如果没有发现检测到频率信号或者频率信号异常，可以判断风速传感器损坏。

电压检测表笔接口12和通断检测表笔接口13用于连接表笔，用于检测自动气象站设备电压，以及电路通断，如果电路是导通的，蜂鸣器会发出提示信号，如果是断开的蜂鸣器不会发出信号。

本实施方式中，7个功能按键通过单片机I/O口读取按键值，识别出对应的功能对检修仪菜单进行操作。

首页按键进入核查模式，温度、湿度、气压会出现两个对比值，风向、风速进入检测模式，实时显示检测情况；

返回建是在任何模式下返回主页界面；

检测复位键：在任何模式下按检测复位，检修仪将会重新检测，如雨量检测数据会清零重新开始计数，温度、湿度将会再次检测数据；

通断检测按键，进入电路通断检测，如果线路是通的蜂鸣器会报警，且显示屏会有文字提示；

电压检测按键，进入电压检测模式，可以测量电压，并显示在液晶屏上；

采集器模式按键，进入采集器模式实施读取6个要素传感器数据并在液晶屏上显示。5秒实现一次数据刷新。

背光按键：用于打开或关闭显示屏的背景光；

应急充电接口5与区域自动气象站蓄电池接插口型号一致，在应急状态下可以利用自动气象站12V蓄电池给检测仪供电。方向按钮，用于仪器菜单操作。

本实施方式中，通过两个温度传感器接口2实现温度数据对比采集，所述温度传感器为恒流源电路采用TL431芯片，电流大小调制为1mA。该电流通过四线制PT100铂电阻测温电路后会得到一个与温度成一定线性关系的电压值，通过使集成仪表放大器ADC623芯片自带的运算运放电路对PT100铂电阻反馈出的电压进行放大，然后利用STM32单片机自带的ADC功能读取电压值，并根据测量到的电压值和电流值可以计算出PT100实际的电阻值，电压值反馈到单片机后使用查表法，找出实际电压对应的温度值便可以得到实际的温度值。同理可以采集第二个温度传感器的温度值，并显示在液晶屏上。

本实施方式中，所述湿度传感器的测量范围为0～100％RH，对应的传感器输出电压为0～1V，利用STM32单片机自带的ADC电压检测功能测量出传感器输出电压，并根据检测出的电压值与实际的湿度值线性关系计算出湿度值，实现湿度测量。通过所述壳体上设置的两个湿度传感器接口实现湿度数据对比采集，并换算成湿度值显示在屏幕上。

本实施方式中，所述气压传感器采用目前使用较多的数字式气压传感器，通过单片机的RS232串口连接到数字气压传感器的通信接口上直接读取气压数值。即：气压传感器为串口通信，在单片机上设置两个串口，通过壳体上的两个气压传感器接口分别读取气压传感器数值，并通过液晶屏幕显示数据。实现气压数据对比采集。

本实施方式中，所述风向传感器主要输出的是7位格雷码，通过检测格雷码盘输出信号来判断传感器是否正常。通过风向数据输出端接入检修仪风向传感器信号接口后直接连接到单片机高阻抗I/O口上。当有信号输出时，会立刻被单片机检测到然后通过液晶屏显示出对应数据通道上的值，检测到高电平显示“1”，低电平显示“0”，便实现格雷码的检测功能。

风向检测实际为位7位电路的高低电平检测，被检测端口直接连接单片机7个高助抗I/O口上，通过单片机直接读取对应的I/O口上7位数据的电平。当风向传感器转一圈后，如果发现某数据位未检测到高电平输出或者是没有信号的变化，可以判断某位格雷码电路信号异常出现电路故障。

本实施方式中，所述风速传感器测量范围在0～60米每秒，传感器输出的频率范围在0～1221Hz，利用单片机中断或者高低电平检测进行信号采集，根据查表法或者公式法换算出风速值。通过观察输出值来判断设备好坏。

即：利用单片机的中断进行检测统计在一秒中检测到高电平的次数，就可以根据频率和风速值的线性关系计算出风速大小。通过检测是否有风速值来判断传感器好坏。

如图3所示，本实施方式中，电压检测电路主要用于区域站电路检测，一般最大电压不超过25V，通过分压电路把检测电压调制≤3.3V，利用单片机自带的高精度ADC或者其他ADC芯片进行测量，根据电路设计，实际的电压值是检测出电压值的8倍，通过计数可以在液晶屏幕上显示出实际电压值。如图3中，Detection为被检测电压，STM32_ADC1为调制分压后的电压值。实际被检测电压是调制分压后电压值的8倍。

本实施方式中，线路通断检测类似于开关检测，给电路提供一个高电平信号，被检测端如果是高电平则为通路，如果未检测出高电平则为断路。并通过单片机驱动蜂鸣器报警以及显示出有关检测结果。如图4所示，TEST1和TEST2为检测端的表笔，直接连接到被检测线路两端，如：连接到区域自动气象站雨量数据线的输入和输出端，如果蜂鸣器报警说明是通路，如果蜂鸣器没有响说明是断路。检测端TEST_STM32与TEST2直连，并连接主控单片机的检测I/O口，当被检测线路是通的(可以认为被检测电路电阻值近似0欧姆)TEST_STM32则为高电平，同时主控单片机将会驱动蜂鸣器报警提示，如果线路是断开的(可以认为被检测电路电阻值无穷大)TEST_STM32为则低电平，蜂鸣器不响。通过主控单片机检测出高低电平就可以判断出线路的通断情况。

本实施方式中，还包括供电模块，所述供电模块包括蓄电池外接供电和锂电池供电；

所述蓄电池外接供电：根据蓄电池接口型号在检修仪端口上配置对应的接口便可以使用区域自动气象站蓄电池作为检修仪供电电源。同时使用适合的电源转换芯片，确保电源电压适配检修仪。

采用锂电池供电：检修仪主要采用锂电池供电，采用12V稳压电源充电，同时也可以采用12V蓄电池充电。根据设备的大小使用适合体积的聚合物锂电池供电。

本实施方式中，所述锂电池采用3S锂电池，供电电压大于12V，需要使用12V、3.3V稳压芯片转换电压供电给单片机(主控芯片)及被检测传感器，同时采用外接平衡充电器进行供电。所述锂电池还可以直接连接检修仪壳体上的充电接口，充电接口为12V充电接口，应急状态下可以使用自动气象站蓄电池应急供电。

本实施方式中，还包括配合检修仪使用的检测线和放水漏斗；

雨量检测线路与检修仪连接采用接插头方式。检测线检测端采用鳄鱼夹方式，可以直接钳住雨量传感器的接线端子，不用把雨量传感器自带线路拆卸，保证了设备的稳定。

如图5所示，将放水漏斗与检修仪分离式设计。使用结束后可以把检修仪装入放水漏斗腔体14。放水漏斗可以通过更换放水嘴15来变化放水流量大小。在标准的10mm雨量筒量杯取水情况下，放水漏斗大孔放水嘴对应大雨量级(4mm/min)，小孔放水嘴对应小雨量级(1mm/min)，以保证在规范要求内按照大雨量和小雨量两种模式释放水流，且与翻斗雨量桶盛水漏斗接口匹配，可以直接安装到翻斗雨量传感器上，放水漏斗主要作用是安装在雨量传感器上可以稳定的放水，最小容积超过314.16ml。同时放水漏斗的空间可以装入检修仪，可以减少携带物件的体积。

本实施方式所述的检修仪可以实现对区域自动站6个气象传感器(DZZ4六要素区域自动气象站的风向传感器、风速传感器、雨量传感器、湿度传感器、温度传感器和气压传感器)的核查和对区域自动气象站电路的检修功能。

本实施方式所述的检修仪，可以采用其它具有相同功能的芯片替换STM32芯片，也可以采用其他型号的电池替换锂电池。对于壳体上功能键的设置，也可以增加和减少按键，以及调整接线口或者按键的位置来实现本实施方式的设备进行操控。如温度、湿度、气压、雨量、风向、风速等有关接线端子可以放在检修仪的任何位置比如正面、背面、侧面都可以。有关首页、返回、电压检测等有关按键及时取消，也可以通过左侧的方向按键来进行选择实现对设备的操控。同时没有按键情况下也可以通过触摸屏对设备进行操作。按键和接口位置根据需要可以进行位置调整，根据需要增加或者减少。

上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种区域自动气象站核查检修仪，该检修仪包括单片机，与所述单片机电连接的温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器和电压检测电路；其特征是：还包括与所述单片机电连接的气压传感器和蜂鸣器；

在检修仪壳体上设置有两个温度传感器接口、两个湿度传感器接口、两个气压传感器接口；分别用于连接自动气象站的温度传感器、湿度传感器、气压传感器和标准的温度传感器、标准的湿度传感器、标准的气压传感器，并通过壳体的液晶屏显示被测量传感器和各标准传感器的数值。

2.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述检修仪壳体上设置有雨量传感器接口，所述接口连接自动气象站采集箱内的雨量传感器接线端子；或采用检测线，检测线一端采用接插头的方式与所述检修仪雨量传感器接口连接，另一端采用鳄鱼夹的方式与雨量传感器的接线端子连接。

3.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述电压检测电路包括电阻R1和电阻R2；

被检测电压端与电阻R1的一端接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、分压后的电压端连接；电阻R2的另一端接地；

所述电压检测电路通过分压电路将被检测电压调制≤3.3V，通过单片机中的ADC芯片进行测量，获得被检测电压值。

4.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：通过在线路两端连接检测表笔TEST1和TEST2，TEST_STM32连接单片机的检测I/O口，当被检测线路是通路，TEST_STM32则为高电平；如果线路是断路，TEST_STM32为则低电平，蜂鸣器不响；通过单片机检测出高低电平判断出线路的通断情况。

5.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述温度传感器采用恒流源电路，该电路包括四线制PT100铂电阻测温电路和运放电路；电流通过四线制PT100铂电阻测温电路获得与温度成线性关系的电压值，所述运放电路对所述电压值进行放大后通过单片机中的ADC转换后读取电压值，根据获得的电压值和电流值获得四线制PT100铂电阻的电阻值，最终获得温度值。

6.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述湿度传感器的测量范围为0～100％RH，输出电压为0～1V，通过所述单片机中的ADC电压检测功能测量出湿度传感器输出电压，并换算出湿度值，实现湿度测量；通过所述检修仪壳体上两个湿度传感器接口实现湿度数据对比采集，并通过液晶屏显示。

7.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述气压传感器采用数字式气压传感器，通过检修仪壳体上的两个气压传感器接口分别读取气压传感器数值，实现气压数据对比采集，并通过液晶屏显示数据。

8.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述风向传感器输出七位格雷码，检测格雷码盘输出信号是否正常；通过检修仪壳体上的风向接口接入风向传感器信号后通过三极管连接每个格雷码信号线输出端，然后带动LED灯显示；

当有信号输出时，则触发三极管点亮LED灯，每个格雷码输出线均对应一个LED灯。

9.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：所述风速传感器测量范围在0～60米每秒，频率范围在0～1221Hz，采用单片机中断或者高低电平检测进行信号采集，根据查表法查出风速值，通过观察输出值来判断风速传感器是否故障。

10.根据权利要求1所述的一种区域自动气象站核查检修仪，其特征在于：还包括供电模块，所述供电模块包括外接电源供电和锂电池供电；

所述锂电池供电采用12V稳压电源通过检修仪壳体上的充电口充电，或采用12V蓄电池充电。