气象观测数据主采集器的制作方法

本实用新型属于气象数据采集技术领域，涉及气象观测设备，尤其是一种气象观测数据主采集器。

背景技术：

气象观测技术是气象工作和大气科学发展的基础。气象观测信息和数据是开展天气预警预报、气候预测预估以及各类气象服务和科学研究的基础，因此，如何快速准确地采集气象观测数据对工农业生产及生活有重要意义。

目前，气象观测数据所采用的采集设备普遍存在以下问题：(1)采集通道配置不灵活，每个通道都是硬性配置，要么采集数字量，要么采集模拟量，不能改变，应用起来不方便；(2)采集通道精度不高，造成采集数据不准确；(3)通信模块制式老，不能适应现代通信要求；(4)设备功耗相对较高，对外部太阳能供电功率要求高。由于目前中国气象领域自动观测设备数量在快速提高，对主采集器的要求也越来越高，目前的采集器已经不能满足现代气象行业需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、采集通道配置灵活、精度高且兼容性强的气象观测数据主采集器。

本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种气象观测数据主采集器，由机壳及其内部的气象数据采集控制电路连接构成，在机壳的面板上设置有气象传感器接口、外部设备接口、电源接口和接地端子；所述气象数据采集控制电路包括mcu模块及与其相连接的高精度实时时钟电路、watchdog电路、程序存储器、数据存储器、ram及数据采集及信号调理模块，所述mcu模块通过数据采集及信号调理模块与多组气象传感器接口相连接，所述mcu模块通过外部总线与外部设备接口相连接，所述mcu模块通过无线通信模块与远程数据中心相连接实现数据交互功能；所述电源接口连接直流电源并为气象数据采集控制电路提供工作电源。

进一步，所述气象数据采集控制电路通过外部设备接口连接气象观测数据分采集器。

进一步，所述气象传感器接口包括雨量传感器接口、风向传感器接口、风速传感器接口、温度传感器接口、湿度传感器接口、辐射传感器接口、蒸发传感器接口、能见度传感器接口和气压传感器接口，上述传感器接口分别连接雨量传感器、风向传感器、风速传感器、温度传感器、湿度传感器、辐射传感器、蒸发传感器、能见度传感器和气压传感器。

进一步，所述气象传感器接口包括数字量接口和模拟量接口，所述传感器包括数字传感器和模拟传感器。

进一步，所述外部设备接口包括rs232接口、rs485接口、can接口、rj45接口和gps设备接口用于连接对应的外部设备。

进一步，所述机壳的面板上还设有与气象数据采集控制电路相连接的外置存储器插口，该外置存储器插口用于接入外存储卡。

进一步，所述数据采集及信号调理模块包括多路高精度数字采集模块和多路高精度模拟采集模块，模拟采集模块采用16位以上的a/d转换电路。

进一步，所述电源接口包括用于接入外部电源和电池的直流电源接入端子和电池接入端子，所述外部电源或电池采用太阳能组件。

进一步，所述无线通信模块采用全制式无线通信模块，支持4g和5g通信模式。

进一步，所述mcu模块采用arm9系列的32位处理器,所述程序存储器、数据存储器均采用非易失性存储器。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型采用多种接口并可以进行采集功能灵活配置，在模拟量和数字量之间灵活选择，非常便于对自动观测设备进行改造升级及外接传感器的升级改造。

2、本实用新型采用包括高精度数字量采集模块和模拟量采集模块，连接相应类型的气象观测传感器，大大提高了模拟量和数字量的采集精度。

3、本实用新型采用全制式无线通信模块可将观测数据实时上传，无线通信兼容多个通信网络，包括中国移动、中国电信、中国联通等无线通信网络，支持4g和5g通信模式。

4、本实用新型采用低功耗mcu芯片，系统功耗指标显著降低，从而对外围太阳能供电功率要求显著下降，有利于降低整个系统成本和系统运行稳定性。

5、本实用新型可以通过rs232接口与气象观测数据分采集器相连接进行组网，增强了设备的功能，扩大了其应用范围。

附图说明

图1是本实用新型的机壳面板示意图；

图2是本实用新型的气象数据采集控制电路方框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。

一种气象观测数据主采集器，由机壳及其内部的气象数据采集控制电路连接构成，如图1所示，在机壳面板上设置有雨量传感器接口1、风向传感器接口2、风速传感器接口3、开关量接口4、gps设备接入接口5、终端设备接口6、rs485接口7、温度传感器接口9、湿度传感器接口10、辐射传感器接口11、蒸发传感器接口12、能见度传感器接口13、气压传感器接口14、can总线接口15、rs232接口18、外置存储器插口8、电源接口16和接地端子17，上述接口均与机壳内的气象数据采集控制电路相连接。

所述雨量传感器接口1、风向传感器接口2、风速传感器接口3均为数字接口并分别与数字雨量传感器、数字风向传感器、数字风速传感器相连接，将采集的数字量数据传给气象数据采集控制电路。所述温度传感器接口9、湿度传感器接口10、辐射传感器接口11、蒸发传感器接口12、能见度传感器接口13、气压传感器接口14均为模拟量接口，分别与模拟温度传感器、模拟湿度传感器、模拟辐射传感器、模拟蒸发传感器、模拟能见度传感器、模拟气压传感器相连接，将采集的模拟量数据传给气象数据采集控制电路。所述外置存储器插口8用于插入专用的存储设备，可将内部数据传输至外存储卡中。所述电源接口16包括直流电源接入端子和电池接入端子用于接入外部电源或电池，电源输出为直流12v电源并为整个设备供电，外部电源可采用太阳能组件实现。所述rs232接口可与气象观测数据分采集器相连接，实现与主采集器与分采集器的协同采集控制功能。

上述传感器均采用市场上购买的产品，其中，雨量传感器可以为翻斗或容栅式、大翻斗式，所述风向传感器为10m高度风向传感器，所述风速传感器采用10m高度风速传感器。

如图2所示，气象数据采集控制电路包括mcu模块及与其相连接的高精度实时时钟电路、watchdog电路、程序存储器、数据存储器、ram及数据采集与信号调理模块。mcu模块采用嵌入式实时操作系统，mcu模块通过外部总线与rs232模块、rs485模块、can总线模块、外存储卡、gps设备、以太网模块、终端设备、无线通信模块相连接实现相应的控制功能。mcu模块通过无线通信模块将采集数据上传至远程数据中心。

在本实施例中，综合考虑速度、功耗、环境要的求，能支持嵌入式实时操作系统的运行并具有内置的watchdog功能，mcu模块采用当前市场主流arm9系列的32位处理器。

在本实施例中，数据采集与信号调理模块包括多路高精度数字采集模块和多路高精度模拟采集模块，上述采集模块均可从市场上购买得到。模拟采集模块采用16位以上的a/d转换电路，以满足传感器的测量要求。

实时时钟电路能保证误差15s/月的要求。

程序存储器为非易失性的，容量满足嵌入式软件的容量要求，并具有50％的余量。

数据存储器为非易失性的，容量满足数据存储的要求，并具有50％的余量。

ram满足嵌入式系统的运行要求，并且有30％的余量。

所述无线通信模块采用全制式无线通信模块，可适用于中国移动、中国电信、中国联通等无线通信网络，支持4g和5g通信模式。

本实用新型实现如下功能：(1)完成基本气象要素传感器和分采集器的采样数据，对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输，与终端微机或远程数据中心进行交互；(2)担当管理者角色，对构成自动气象站的其他分采集器进行管理，包括网络管理、运行管理、配置管理、时钟管理等以协同完成自动气象站的功能。

本实用新型的工作过程如下：首先配置相应的无线通信模块，并保证测试通信信号完好，能够正常接入无线数据通信网络，之后把外部需要连接的传感器连接到数据采集通道(接口)上，在此之前将各个数据采集通道配置好采集类型。再之后将外部太阳能供电组件连接好，保证顺畅供电，之后即可加电开机运行该主采集器，开始正常不间断工作，实时采集各个通道的数据，经过加工处理后，通过无线数据通信模块发送到远程数据中心，同时系统还可以实时接受远程数据中心的控制指令，进行相关的操作。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。