四要素區(qū)域自動氣象站工作原理及維護

向忠芬

摘要介紹四要素區(qū)域自動氣象站采集器的工作原理、設(shè)備的日常維護和維修方法,為進一步完善湖北區(qū)域氣象觀測網(wǎng),保證四要素自動站順利動行提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞四要素;區(qū)域自動氣象站;工作原理;日常維護

中圖分類號P415.12文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)11-0326-01

近些年來,因氣候變化等原因,極端天氣氣候事件日益增加,氣象災(zāi)害發(fā)生幾率加大。湖北省各種災(zāi)害性天氣頻繁出現(xiàn),是我國受氣象災(zāi)害影響最嚴重的省份之一,鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動雨量站的建設(shè),在防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)工作中發(fā)揮了極其重要和不可替代的作用。從2005年開始,在省局的領(lǐng)導(dǎo)下,各地市先后開始建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動雨量站,2006年又紛紛建成多要素區(qū)域自動氣象站。截至目前,宜昌市夷陵區(qū)已分布20個單要素自動雨量站,3個四要素自動氣象站,進一步完善了湖北省的區(qū)域氣象觀測網(wǎng),增強了災(zāi)害性天氣探測的多元化和自動化程度,使風向風速、溫度、雨量各要素預(yù)報更加及時、精確,為各級領(lǐng)導(dǎo)提供更加全面、準確的氣象情報服務(wù)。

1工作原理

系統(tǒng)由室外采集器、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和氣象數(shù)據(jù)中心三大部分構(gòu)成。采集器是區(qū)域自動氣象站的核心,硬件部分主要是由電源部分、數(shù)據(jù)處理部分、串行接口部分、采集通道、顯示單元等部分組成。主要實現(xiàn)了氣象要素的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、顯示、傳輸?shù)裙δ堋?/p>

1.1電源部分

電源部分由蓄電池放電供系統(tǒng)使用。控制板對電瓶放電進行低壓保護,當電瓶電壓接近10.5V時,切斷電瓶后邊電路,防止過放電損壞電瓶。

1.2數(shù)據(jù)處理部分

單片機部分核心是1個P89V51RD2單片機,具有64K字節(jié)程序存儲器,具有512Byte的內(nèi)部KAM和擴展的768Byte擴展存儲器、接口豐富、內(nèi)部資源多等特點,在外圍加了1個“看門狗”電路并與其內(nèi)部“看門狗”協(xié)同工作,徹底解決軟件在運行中受強干擾而引起的“軟件死鎖”現(xiàn)象,一旦出現(xiàn)“死機”,看門狗會自動把單片機系統(tǒng)復(fù)位,使軟件重復(fù)自動運行。實時時鐘及非易失存儲器為單片機系統(tǒng)提供準確的時間信息(電子表)。中心站可通過下行命令對其校時,保證時間的一致性。大容量的非易失存儲器可長期保存歷史數(shù)據(jù)供主站查詢調(diào)用。

1.3串行接口部分

串行接口有3個任務(wù),即與GPRS通信,與氣壓傳感器通信,與本地PC機通信。單片機內(nèi)部只有1個全雙工串行接口,串行接口通過電平交換后把TTL電平變成RS232標準電平,與GPRS相聯(lián),通過GPRS把數(shù)據(jù)傳給主站,并從主站接收有關(guān)命令。通過COM2 9針接口與氣壓計相聯(lián),實現(xiàn)對氣壓的讀取。同時,計算機串行接口可在本地與本機聯(lián)接進行調(diào)試和數(shù)據(jù)本地采集。

1.4采集通道

通過各要素傳感器對各氣象要素(雨量、溫度、風向、風速)進行連續(xù)、自動的測量,通過光電隔離器件實現(xiàn)傳感器與采集器的連接,防止外部有害干擾源影響傳感器的原始信號;同時保護采集器的集成電路,由單片機控制完成對雨量、溫度、風向、風速的采樣及運算。

1.5顯示單元

由漢字液晶顯示模塊和按鍵組成的人機交互介面,用于直觀地顯示當前數(shù)據(jù)及查詢等。

2日常維護與維修

2.1采集器部分

首先檢查采集器是否正常,如果采集器的面板沒有顯示,檢查采集器有無電源供電,太陽能板是否有電壓輸出,蓄電池的電壓是否達到10.8V以上,如果小于10.8V,則負載沒有供電,需要對電池進行維護。檢查采集器中各單元之間連線是否良好。

如果數(shù)據(jù)采集正常,在采集器上可以查詢顯示數(shù)據(jù),但是數(shù)據(jù)無法發(fā)送到中心服務(wù)器,則出現(xiàn)了通信故障。檢查GPRS模塊的工作情況,GPRS模塊有3個指示燈:Power燈為電源指示燈,通電后為常亮;Act為數(shù)據(jù)交換燈,在GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時會閃爍一下;Online為網(wǎng)絡(luò)指示燈,GPRS模塊在成功登陸網(wǎng)絡(luò)后,燈為常亮。如果電源指示燈、數(shù)據(jù)交換燈、網(wǎng)絡(luò)指示燈都不亮,說明模塊沒有加上電,檢查電源部分;電源指示燈、數(shù)據(jù)交換燈正常,網(wǎng)絡(luò)指示燈始終不亮,說明沒有登陸上網(wǎng)絡(luò)。檢查SIM卡是否插好,是否欠費,是否開通GPRS功能,所在地移動基站GPRS信號是否弱;如果SIM卡和電源正常,則可能是模塊出現(xiàn)問題,需要對模塊重新設(shè)置,如仍不能正常工作則更換模塊。

2.2傳感器部分

2.2.1網(wǎng)站上沒有雨量資料。雨量傳感器由2根電纜引入,分別接在接線端架上的11、12位置,不分極性,一定要緊固并擰緊防水螺釘。如果有降水而顯示無雨量,一是檢查雨量傳感器的干簧管是否損壞,用萬用表電阻檔測量干簧管兩端,翻轉(zhuǎn)1次翻斗,萬用表應(yīng)該有1個跳變,如果表針沒有變化,則說明干簧管已損壞,更換干簧管即可;二是檢查雨量傳感器的干簧管與翻斗之間的距離,由于雨量傳感器翻斗長時間翻轉(zhuǎn)運動,造成翻斗內(nèi)部磁鋼移位,或者是位置間隙過大,干簧管不能正常感應(yīng)翻斗次數(shù)的變化,因而得不到正確的雨量值,此時需調(diào)節(jié)兩者到合適的位置。

2.2.2網(wǎng)站上沒有溫度資料。在自動氣象站中用到的溫度傳感器是采用標準4線制鉑電阻測溫,有5根接線,其中A、B為1組,C、D為1組。除了4根接線外,剩余1根為屏蔽線。與采集器的連接是在連接板的13、14、15、16腳,屏蔽線與地相連。如果網(wǎng)站上沒有溫度資料,檢查溫度傳感器的連線與采集器是否連接牢固。日常要保證傳感器探頭的清潔,不要與周邊物體接觸,不要用手觸摸,否則將影響溫度的準確性。

2.2.3網(wǎng)站上沒有風向風速資料。如果沒有風向風速資料上傳,在排除采集系統(tǒng)故障的前提下,先確認傳感器供電是否正常,再檢查插座連接是否正常,最后看有無信號輸出,判斷是哪個部分出現(xiàn)了問題,以便于故障的解決。風向風速傳感器與采集器的連接是否牢固,風向風速的連接點是1~10,屏蔽線與地相連。如果風向只有某1個值,是因為風向角度的變換采用7位格雷碼光電碼盤,碼盤上下有7個紅外發(fā)光二極管和7個光敏器件,用來產(chǎn)生格雷碼,從格雷碼盤的編碼特征得知,若第1圈的光電器件損壞,風向傳感器的顯示只在180°范圍內(nèi),若第2圈的光電器件損壞,風向傳感器的顯示只能在2個90°范圍內(nèi),若第1、第2圈的光電器件都損壞,風向傳感器的顯示則只在90°范圍內(nèi)。據(jù)此原理,可判斷風速傳感器的內(nèi)部故障部位。每次維護、維修風向風速傳感器時都要放倒風桿,連接風桿與預(yù)埋件的螺絲螺母長期裸露在外,容易生銹不易打開,所以日常要經(jīng)常維護,每次安裝后要上好黃油,最好半年添加1次。

3結(jié)語

目前四要素自動氣象站還不可能達到每站1套備份設(shè)備條件,而自動觀測的連續(xù)性要求保證儀器設(shè)備完好。因此,觀測員每天必須認真監(jiān)測4要素氣象站運行情況,認真登記監(jiān)測情況;維護人員在平時要加強對自動站設(shè)備的維護,同時要努力學(xué)習(xí)鉆研維修知識,出現(xiàn)小的故障時盡可能自己排除,從而保證四要素自動站正常運行和通訊質(zhì)量提高。

4參考文獻

[1] 胡玉峰.自動氣象原理與測量方法[M].北京:氣象出版社,2004.