四要素区域自动气象站工作原理及维护

四要素区域自动气象站工作原理及维护

摘要介绍四要素区域自动气象站采集器的工作原理、设备的日常维护和维修方法,为进一步完善湖北区域气象观测网,保证四要素自动站顺利动行提供参考依据。

关键词四要素;区域自动气象站;工作原理;日常维护

中图分类号P415.12文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)11-0326-01

近些年来,因气候变化等原因,极端天气气候事件日益增加,气象灾害发生几率加大。湖北省各种灾害性天气频繁出现,是我国受气象灾害影响最严重的省份之一,乡镇自动雨量站的建设,在防灾减灾气象服务工作中发挥了极其重要和不可替代的作用。从2005年开始,在省局的领导下,各地市先后开始建设乡镇自动雨量站,2006年又纷纷建成多要素区域自动气象站。截至目前,宜昌市夷陵区已分布20个单要素自动雨量站,3个四要素自动气象站,进一步完善了湖北省的区域气象观测网,增强了灾害性天气探测的多元化和自动化程度,使风向风速、温度、雨量各要素预报更加及时、精确,为各级领导提供更加全面、准确的气象情报服务。

1工作原理

系统由室外采集器、GPRS通信网络和气象数据中心三大部分构成。采集器是区域自动气象站的核心,硬件部分主要是由电源部分、数据处理部分、串行接口部分、采集通道、显示单元等部分组成。主要实现了气象要素的数据采集、处理、存储、显示、传输等功能。

1.1电源部分

电源部分由蓄电池放电供系统使用。控制板对电瓶放电进行低压保护,当电瓶电压接近10.5V时,切断电瓶后边电路,防止过放电损坏电瓶。

1.2数据处理部分

单片机部分核心是1个P89V51RD2单片机,具有64K字节程序存储器,具有512Byte的内部KAM和扩展的768Byte扩展存储器、接口丰富、内部资源多等特点,在外围加了1个“看门狗”电路并与其内部“看门狗”协同工作,彻底解决软件在运行中受强干扰而引起的“软件死锁”现象,一旦出现“死机”,看门狗会自动把单片机系统复位,使软件重复自动运行。实时时钟及非易失存储器为单片机系统提供准确的时间信息(电子表)。中心站可通过下行命令对其校时,保证时间的一致性。大容量的非易失存储器可长期保存历史数据供主站查询调用。

1.3串行接口部分

串行接口有3个任务,即与GPRS通信,与气压传感器通信,与本地PC机通信。单片机内部只有1个全双工串行接口,串行接口通过电平交换后把TTL电平变成RS232标准电平,与GPRS相联,通过GPRS把数据传给主站,并从主站接收有关命令。通过COM2 9针接口与气压计相联,实现对气压的读取。同时,计算机串行接口可在本地与本机联接进行调试和数据本地采集。

1.4采集通道

通过各要素传感器对各气象要素(雨量、温度、风向、风速)进行连续、自动的测量,通过光电隔离器件实现传感器与采集器的连接,防止外部有害干扰源影响传感器的原始信号;同时保护采集器的集成电路,由单片机控制完成对雨量、温度、风向、风速的采样及运算。

1.5显示单元

由汉字液晶显示模块和按键组成的人机交互介面,用于直观地显示当前数据及查询等。

2日常维护与维修

2.1采集器部分

首先检查采集器是否正常,如果采集器的面板没有显示,检查采集器有无电源供电,太阳能板是否有电压输出,蓄电池的电压是否达到10.8V以上,如果小于10.8V,则负载没有供电,需要对电池进行维护。检查采集器中各单元之间连线是否良好。

如果数据采集正常,在采集器上可以查询显示数据,但是数据无法发送到中心服务器,则出现了通信故障。检查GPRS模块的工作情况,GPRS模块有3个指示灯:Power灯为电源指示灯,通电后为常亮;Act为数据交换灯,在GPRS模块发送数据时会闪烁一下;Online为网络指示灯,GPRS模块在成功登陆网络后,灯为常亮。如果电源指示灯、数据交换灯、网络指示灯都不亮,说明模块没有加上电,检查电源部分;电源指示灯、数据交换灯正常,网络指示灯始终不亮,说明没有登陆上网络。检查SIM卡是否插好,是否欠费,是否开通GPRS功能,所在地移动基站GPRS信号是否弱;如果SIM卡和电源正常,则可能是模块出现问题,需要对模块重新设置,如仍不能正常工作则更换模块。

2.2传感器部分

2.2.1网站上没有雨量资料。雨量传感器由2根电缆引入,分别接在接线端架上的11、12位置,不分极性,一定要紧固并拧紧防水螺钉。如果有降水而显示无雨量,一是检查雨量传感器的干簧管是否损坏,用万用表电阻档测量干簧管两端,翻转1次翻斗,万用表应该有1个跳变,如果表针没有变化,则说明干簧管已损坏,更换干簧管即可;二是检查雨量传感器的干簧管与翻斗之间的距离,由于雨量传感器翻斗长时间翻转运动,造成翻斗内部磁钢移位,或者是位置间隙过大,干簧管不能正常感应翻斗次数的变化,因而得不到正确的雨量值,此时需调节两者到合适的位置。

2.2.2网站上没有温度资料。在自动气象站中用到的温度传感器是采用标准4线制铂电阻测温,有5根接线,其中A、B为1组,C、D为1组。除了4根接线外,剩余1根为屏蔽线。与采集器的连接是在连接板的13、14、15、16脚,屏蔽线与地相连。如果网站上没有温度资料,检查温度传感器的连线与采集器是否连接牢固。日常要保证传感器探头的清洁,不要与周边物体接触,不要用手触摸,否则将影响温度的准确性。

2.2.3网站上没有风向风速资料。如果没有风向风速资料上传,在排除采集系统故障的前提下,先确认传感器供电是否正常,再检查插座连接是否正常,最后看有无信号输出,判断是哪个部分出现了问题,以便于故障的解决。风向风速传感器与采集器的连接是否牢固,风向风速的连接点是1~10,屏蔽线与地相连。如果风向只有某1个值,是因为风向角度的变换采用7位格雷码光电码盘,码盘上下有7个红外发光二极管和7个光敏器件,用来产生格雷码,从格雷码盘的编码特征得知,若第1圈的光电器件损坏,风向传感器的显示只在180°范围内,若第2圈的光电器件损坏,风向传感器的显示只能在2个90°范围内,若第1、第2圈的光电器件都损坏,风向传感器的显示则只在90°范围内。据此原理,可判断风速传感器的内部故障部位。每次维护、维修风向风速传感器时都要放倒风杆,连接风杆与预埋件的螺丝螺母长期裸露在外,容易生锈不易打开,所以日常要经常维护,每次安装后要上好黄油,最好半年添加1次。

3结语

目前四要素自动气象站还不可能达到每站1套备份设备条件,而自动观测的连续性要求保证仪器设备完好。因此,观测员每天必须认真监测4要素气象站运行情况,认真登记监测情况;维护人员在平时要加强对自动站设备的维护,同时要努力学习钻研维修知识,出现小的故障时尽可能自己排除,从而保证四要素自动站正常运行和通讯质量提高。

4参考文献

[1] 胡玉峰.自动气象原理与测量方法[M].北京:气象出版社,2004.