专利名称：一种无人值守小型自动气象站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气象站，具体涉及一种用于前期亚毫米波段天文选址的无人值守小型自动气象站。
背景技术：
天文选址是在建设天文台站之前对不同地区天文观测条件做评估的一个过程，目的是为建造特定波段望远镜找到合适的观测台址，而评估一个台址好坏的重要指标就是要看该台址在观测波段的大气不透明度。在亚毫米波波段，大气对信号的吸收非常显著，影响亚毫米波大气不透明度的参量主要有大气压、环境温度以及大气垂直水汽含量(PWV)。大气压主要由测量地点的海拔高度决定，环境温度与测量地点的海拔高度、经纬度以及周围地理环境有关，大气垂直水汽含量与天顶方向的大气不透明度有着直接关系。通常情况下，我们可以根据测量地点的大气压、环境温度和相对湿度求出其地表附近的水汽密度，从而根据经验公式近似的得到测量地点的大气垂直水汽含量。然而好的亚毫米波天文观测台址，一般都处在高海拔(3000米以上)的无人区域，这些地方的共同特点是交通很不便利，没有电力供应，没有有线通讯网络，移动信号也无法覆盖，一般气象传感器在极端条件下精度很差甚至无法工作(目标地区冬日极限温度可至零下三四十度)，这样，现有的各种自动气象站在这些条件艰苦的高原地区就无法发挥其功效。用于天文选址的自动气象站除了能在一般地区能够使用以外，更重要的是克服各种不利条件，在高原等极端环境下长时间稳定工作，这样它必须具备以下新的特点1.脱离有线及移动通讯方式，采用新的无线通讯方式实现远程采集及控制；2.使用太阳能电源等不依赖于市电网络的电源，断电不丢数据，并且能够自动重启采集程序。3.可在超低温度下工作的宽范围、高精度的气象传感器。
发明内容本实用新型的目的是提供一种用于前期亚毫米波段天文选址的无人值守小型自动气象站，它除了具备一般气象站的基本功能在线采集即实时采集传输气象数据外，还可以实现离线采集即脱机自动采集及存储气象数据，遭遇断电时不丢失数据及工作状态，待复电后能自动重启并恢复到断电前的工作状态。该技术方案能够满足在极端条件地区实现气象数据长时间稳定的自动采集的技术要求，而不受低温、无电力供应、交通条件差、无通讯网络覆盖等众多不利因素的影响，从而完成亚毫米波段天文选址的前期评估工作。完成上述发明任务的技术方案是一种无人值守小型自动气象站，由以单片机系统为核心的主处理模块以及与主处理模块连接的其它模块构成，所述其它模块包括传感器模块、时钟模块、数据存储模块、系统参数存储模块、无线收发模块和太阳能电源管理模块；所述主处理模块用来进行数据的处理及控制各个模块之间的通讯；所述主处理模块、时钟模块、数据存储模块和系统参数存储模块设置在主处理板上；所述传感器模块用来将物理气象信号转换为标准的电信号；所述的传感器模块由气压传感器、温度传感器、湿度传感器和风速传感器组成；所述时钟模块是由记录时间信息的实时时钟(RTC，Real Time Clock)构成；所述数据存储模块由掉电非易失的FLASH存储器构成，用来保存采集到的气象信息；所述系统参数存储模块由静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)构成，用来保存系统的工作状态参数；所述无线收发模块由无线收发器和天线组成，用来实现自动气象站和控制机之间的数据远程无线传输；所述太阳能电源管理模块由太阳能电池板、蓄电池和电源控制器组成，用来为整个系统提供电能。所述的主处理板为一块电路板，其上主要包括了主处理模块、时钟模块、数据存储模块和系统参数存储模块的相关器件。作为本实用新型的进一步改进，所述气压传感器的安装结构是气压传感器焊接在主处理板上，将主处理板设在控制盒内，在控制盒的下方开有小孔，保证控制盒内外大气
压强一致。作为本实用新型的进一步改进，所述实时时钟选用带有开放SRAM的RTC，RTC记录系统时间，工作状态及配置参数信息记录在该开放的SRAM中，在RTC的专用管脚连接有小容量镍氢蓄电池，作为RTC的保护电路，保证断电时时间信息和系统参数数据正常。进一步的，在镍氢蓄电池和主处理板的电源电路之间串联二极管及小电阻，实现简单的充电电路， 这样镍氢蓄电池在太阳能电源系统正常工作时会被持续充电至饱和，从而保证镍氢蓄电池电量不会耗尽，时间信息及系统工作状态不会因为断电而发生错乱。由于本实用新型所涉及的自动气象站要在无人值守的偏远地区工作，所以它要有一个功能就是可以脱离控制机控制，自动采集并存储大量的气象数据，在收到控制机的提取数据指令后能够将之前采集的气象数据通过无线方式传送给控制机。由于使用太阳能供电，如遇连续阴雨天气则可能导致断电情况，在天气转好系统恢复供电后气象站能自动恢复到断电前的状态继续工作。除此之外，本实用新型还应该具备一般气象站的基本功能，即实时的采集气象数据并通过无线方式向控制机传送该组数据。
图1是本实用新型的系统结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、所采用的技术方案以及创新点更加清晰，
以下结合附图进行更加详细的解释。应当说明，下面的内容主要是以实例的方式对本实用新型进行解释，并不是所有内容都仅限于本实用新型。实施例1如图1所示，一种无人值守小型自动气象站，由以单片机系统为核心的主处理模块以及与主处理模块连接的其它模块构成，其它模块包括传感器模块、时钟模块、数据存储模块、系统参数存储模块、无线收发模块和太阳能电源管理模块；所述主处理模块、时钟模块、数据存储模块和系统参数存储模块设置在主处理板上；主处理模块用来进行数据的处理及控制各个模块之间的通讯；传感器模块用来将物理气象信号转换为标准的电信号；所述的传感器模块由气压传感器、温度传感器、湿度传感器和风速传感器组成；时钟模块是由记录时间信息的实时时钟(RTC，Real Time Clock)构成；实时时钟选用带有开放静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)的RTC ；数据存储模块由掉电非易失的存储器构成，用来保存采集到的气象信息；系统参数存储模块由静态随机存取存储器SRAM构成，用来保存系统的工作状态参数；无线收发模块由无线收发器和天线组成，用来实现自动气象站和控制机之间的数据远程无线传输；太阳能电源管理模块由太阳能电池板、蓄电池和电源控制器组成，用来为整个系统提供电能。除此之外，自动气象站的主处理板上还包含电源电路、必要的晶振，电平转换电路及备用电池等。所述的主处理板为一块电路板，其上主要包括了主处理模块、时钟模块、数据存储模块和系统参数存储模块的相关器件。为了使自动气象站符合中华人民共和国气象行业标准中的《地面气象观测规范》 的要求，我们需要将温度传感器、湿度传感器以及风速传感器固定在自动气象站的固定高度处，由于该规范中对气压传感器的安装位置没有特殊要求，为了使系统集成度更高，我们可以将它直接焊接在主处理板上，并将主处理板固定于密封的金属控制盒内，同时在金属盒底部开一小孔，保证金属盒内外大气压强一致，同时可以防风防雨。由于RTC的时间数据实时的保存在其内部的SRAM中，为了简化电路，选择有开放 SRAM的RTC器件，这样气象站状态及配置参数亦可以保存在其开放的空闲SRAM中。因为 RTC正常工作需要有持续的电源供电，如断电时间数据会出现错乱并且开放SRAM中的系统参数数据也会丢失，而这些数据都是气象站正常工作所不可或缺的，因此必须对RTC加保护电路，即在RTC的专用管脚连接小容量镍氢蓄电池，保证断电时各数据保持正常。与此同时，可以利用二极管的正向压降特性，在镍氢蓄电池和主处理板的电源电路之间串联二极管及小电阻，实现简单的充电电路，这样镍氢蓄电池在太阳能电源系统正常工作时会被持续充电至饱和，从而保证镍氢蓄电池电量不会耗尽，系统时间信息和工作状态不会因为断电而发生错乱。
权利要求1.一种无人值守小型自动气象站，由以单片机系统为核心的主处理模块以及与主处理模块连接的其它模块构成，其特征在于，所述其它模块包括传感器模块、时钟模块、数据存储模块、系统参数存储模块、无线收发模块和太阳能电源管理模块；所述主处理模块、时钟模块、数据存储模块和系统参数存储模块设置在主处理板上；所述主处理模块用来进行数据的处理及控制各个模块之间的通讯；所述传感器模块用来将物理气象信号转换为标准的电信号；所述的传感器模块由气压传感器、温度传感器、湿度传感器和风速传感器组成；所述时钟模块是由记录时间信息的实时时钟RTC组成；所述数据存储模块由掉电非易失的FLASH存储器构成，用来保存采集到的气象信息；所述系统参数存储模块由静态随机存取存储器SRAM构成，用来保存系统的工作状态参数；所述无线收发模块由无线收发器和天线组成，用来实现自动气象站和控制机之间的数据远程无线传输；所述太阳能电源管理模块由太阳能电池板、蓄电池和电源控制器组成，用来为整个系统提供电能。
2.根据权利要求1所述的无人值守小型自动气象站，其特征在于，气压传感器焊接在主处理板上，主处理板固定于密封的控制盒内，在控制盒的下方开有小孔。
3.根据权利要求1所述的无人值守小型自动气象站，其特征在于，所述时钟模块采用有开放SRAM的RTC器件，在RTC的专用管脚连接有小容量镍氢蓄电池。
4.根据权利要求3所述的无人值守小型自动气象站，其特征在于，在所述镍氢蓄电池和主处理板的电源电路之间串联二极管及小电阻。
专利摘要一种无人值守小型自动气象站，由主处理模块及与之连接的其它模块构成，其它模块包括传感器模块、时钟模块、数据存储模块、系统参数存储模块、无线收发模块和太阳能电源管理模块；主处理模块用来进行数据的处理及控制各个模块之间的通讯；传感器模块用来将物理气象信号转换为标准的电信号；所述的传感器模块由气压传感器、温度传感器、湿度传感器和风速传感器组成；所述时钟模块是由记录时间信息的实时时钟RTC构成；数据存储模块用来保存采集到的气象信息；所述系统参数存储模块用来保存系统的工作状态参数；无线收发模块由无线收发器和天线组成；所述太阳能电源管理模块用来为整个系统提供电能。
文档编号G08C17/02GK202093192SQ20112011934
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者姚骑均, 李升 , 杨戟 申请人:中国科学院紫金山天文台