多功能气象监测装置及系统的制作方法

本实用新型属于气象参数采集技术领域，具体的涉及一种多功能气象监测装置及系统。

背景技术：

人们每天都会关注天气情况，收看天气预报，但是天气预报只是一个科学的经过模拟、气象统计的得到的结果，该结果只是一个能反映局部地区的平均值，因此存在不确定性，并且精度不高。以气温为例，气象部门给出的实测温度实际上是阴凉处百叶箱中的温度，而在炎热的夏天，太阳直射情况下的地表温度和百叶箱中的温度可以相差50度，而对于天气比较敏感的人群，真正关注的是他们身边所处的环境的实际温度。

除了温度之外，湿度、风向等参数，与人们的生活息息相关，而这些参数随着时间、地点的变化都在发生变化，而目前尚未出现便携式的设备能够对上述气象参数进行实时的监测，从而给人们的生产生活带来诸多不便。

此外，现有的测量温度、湿度、风向等常规气象要素的仪器，存在一些问题：例如尺寸较大，不便于携带、通常只能监测单一的气象要素，应用范围小等问题。

综上所述，目前传统的气象设备测量的气象要素少、精度不高、可靠性低、应用范围窄的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多功能气象监测装置及系统，以解决现有技术中测量的气象要素少、精度不高、可靠性低、应用范围窄的问题，能够测量多种气象参数，可以直接应用于固定站、移动车辆对气象要素的监测中，应用范围广，同时具有更好的可靠性和精度较高的优点，此外，该多功能气象监测装置还具有体积小、携带方便、使用简单安全的特点。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种多功能气象监测装置，包括多功能气象收发仪、组合传感器、温湿度传感器以及地温探测器，其中，

所述组合传感器采集大气温度、大气湿度、风向、风速、气压参数；

所述温湿度传感器采集车内温度和湿度参数；

所述地温探测器采集地表温度参数；

所述组合传感器、温湿度传感器以及地温探测器与所述多功能气象收发仪相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述多功能气象收发仪包括盒体以及设置在所述盒体内部的控制电路板，其中，

所述控制电路板包括微控制单元和气象数据采集单元，所述气象数据采集单元与所述微控制单元相连接；

所述微控制单元为8位单片机；

所述气象数据采集单元包括组合传感器数据采集电路、车内温湿度传感器数据采集电路和地温探测器数据采集电路；

所述组合传感器数据采集电路与所述组合传感器相连接；

所述车内温湿度传感器数据采集电路与所述温湿度传感器相连接；

所述地温探测器数据采集电路与所述地温探测器相连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制电路板还包括数据双向传输单元；

所述数据双向传输单元通过CAN总线驱动电路或者串行接口电路与所述微控制单元相连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述多功能收发仪还包括底座，所述底座与所述盒体通过连接件可拆卸连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该多功能气象监测装置还包括升降装置，所述升降装置与所述组合传感器相连接，用于调节组合传感器的高度。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述控制电路板还包括与所述升降装置连接的气象油缸驱动电路和限位开关保护电路。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述控制电路板还包括供电单元，所述供电单元包括电源供电电路和电压转换电路。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该多功能气象监测装置还包括为所述多功能气象收发仪供电的供电装置，所述供电装置与所述供电单元相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述地温探测器包括伸缩杆、金属罩和感温部件，其中，

所述伸缩杆和金属罩均为不锈钢材料，所述金属罩位于所述伸缩杆的顶端，所述感温部件位于金属罩内。

第二方面，本实用新型实施例还提供了多功能气象监测系统，其中，包括主控系统以及第一方面及其可能的实施方式所述的多功能气象监测装置，其中，

所述多功能气象监测装置与所述主控系统通过有线通讯连接。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型提供的多功能气象监测装置包括多功能气象收发仪、组合传感器、车内温湿度传感器和地温探测器，各个传感器与多功能气象收发仪组合在一起实现同时对多种数据的录入和采集，而且还有数据准确，可靠性高，此外，各个传感器与多功能气象收发仪分离安装，方便检修维护和更换，该多功能气象监测装置可以应用于固定站、移动车辆等需要监测气象的应用环境中，具有应用范围广的优点。通过各个传感器监测多种气象要素，实现对多种气象要素的采集，并通过多功能气象收发仪可以将各参数发送出去，还可以提供气象数据支持。此外多功能气象监测装置具有体积小、重量轻、安装方便操作简单；加工简单，材料成本低，便于批量加工与生产的特点。

本实用新型提供的多功能气象监测系统，包括主控系统以及多功能气象监测装置，多功能气象监测装置与主控系统通过有线通讯连接，多功能气象监测装置通过各个传感器监测气象要素，并通过有线通讯方式上传给主控系统，达到主控系统实时监测的目的。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的一种多功能气象监测装置的结构框图；

图2为图1中提供的一种多功能气象监测装置的多功能气象收发仪的外观主视图；

图3为图1中提供的一种多功能气象监测装置的多功能气象收发仪的外观后视图；

图4为多功能气象收发仪内部的控制电路板结构示意图；

图5为本实用新型实施例2提供的一种多功能气象监测系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例2提供的一种主控系统与多功能气象监测装置数据传输流程图。

图标：1-多功能气象收发仪；101-盒体；102-底座；103-地温探测器接口；104-温湿度传感器接口；105-组合传感器接口；106-升降接口；107-电源接口；108-测试接口；2-组合传感器；3-温湿度传感器；4-地温探测器； 5-升降装置；6-供电装置；11-微控制单元；12-气象数据采集单元；13-数据双向传输单元；14-供电单元；15-气象油缸驱动电路；16-限位开关保护电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前现有的气象设备存在测量的气象要素少、精度不高、可靠性低、应用范围窄的问题。

基于此，本实用新型实施例提供的一种多功能气象监测装置及系统，以解决现有技术中气象设备测量的气象要素少、精度不高、可靠性低、应用范围窄的问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种多功能气象监测装置进行详细介绍。

实施例1

如图1所示，该多功能气象监测装置包括多功能气象收发仪1、组合传感器2、温湿度传感器3以及地温探测器4，其中，

组合传感器2采集大气温度、大气湿度、风向、风速、气压参数；进一步的是，组合传感器2为超声波一体化气象传感器，超声波一体化传感器是一款全数字化高精度传感器，由超声波风速风向传感器、高精度数字温度、湿度、气压传感器集成，可准确、快速检测出风速、风向、大气温度、大气湿度及大气压力等气象参数，内置信号处理单元能根据用户设置输出相应信号。

温湿度传感器3采集车内温度和湿度参数；进一步的是，温湿度传感器3包括外壳和以及外壳内部的温湿度传感器装置，温湿度传感器3采用的是半封闭式结构，可保证外壳内部的温湿度传感器装置与外界充分接触，减少温湿度平衡所需的时间，提高测量车内温湿度的灵敏度。温湿度传感器3的外壳上表面装有OLED显示屏，能够实时显示车内温湿度的具体数值，直观醒目，便于观测。

地温探测器4采集地表温度参数，地温探测器4采用杆式结构，进一步的是，地温探测器4包括伸缩杆、金属罩和感温部件，其中，伸缩杆和金属罩均为不锈钢材料，伸缩杆可以深入地表，通过伸缩杆可以延长测量地表距离，金属罩位于伸缩杆的顶端，感温部件位于金属罩内。感温部件安装在伸缩杆顶端不锈钢金属罩内使其不受损坏，加速热传递，减少温度平衡时间并能有效测量地表温度。优选的是，感温部件为PT1000。PT1000 是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后面的1000表示它在0摄氏度时阻值为1000欧姆，在300摄氏度时它的阻值约为2120.515欧姆。当PT1000在0摄氏度的时候，它的阻值为1000欧姆，其阻值随温度呈线性变化。常见的PT1000感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。

需要说明的是，地温探测器4还包括手柄与附带插头(图中未示出)，手柄与附带插头之间采用柔韧性能良好的弹簧电缆连接，增强了实际测量地温过程中拉拽线缆动作中线缆的抗拉性能。

组合传感器2、温湿度传感器3以及地温探测器4与多功能气象收发仪 1相连接，组合传感器2、温湿度传感器3以及地温探测器4可以将采集的参数传递给多功能气象收发仪1。

本实用新型提供的多功能气象监测装置包括多功能气象收发仪、组合传感器、车内温湿度传感器和地温探测器，各个传感器与多功能气象收发仪组合在一起实现同时对多种数据的录入和采集，测量数据准确，可靠性高，此外，各个传感器与多功能气象收发仪可分离安装，方便检修维护和更换，该多功能气象监测装置可以应用于固定站、移动车辆等需要监测气象的应用环境中，具有应用范围广的优点。通过各个传感器监测多种气象要素，实现对多种气象要素的采集，并通过多功能气象收发仪可以将各参数发送出去，还可以提供气象数据支持。此外多功能气象监测装置具有体积小、重量轻、安装方便操作简单以及加工简单，材料成本低，便于批量加工与生产的特点。

进一步的是，该多功能气象监测装置还包括升降装置5，升降装置5与组合传感器2相连接，用于调节组合传感器2的高度。需要说明的是，升降装置5可以手动控制，也可以自动控制，优选的是，升降装置5为自动控制，进一步的是，自动控制时，多功能气象收发仪1与升降装置5通过升降接口106相连接。

优选的是，该多功能气象监测装置还包括供电装置6，供电装置6与多功能气象收发仪1相连接，供电装置6用于为多功能气象收发仪1供电。

进一步的是，供电装置6为直流电源，也可以是直流稳压电源，优选的是，供电装置6为蓄电池(俗称电瓶)，供电装置6为可充电电源，可以多次进行充放电，反复使用，经济环保。蓄电池为镍镉、镍氢、锂离子、铅酸蓄电池的任意一种，可以进行多次重放电，节能环保。具体的，供电装置6为26V±4V直流铅酸蓄电池。

需要说明的是，供电装置6还可以是220V AC转24V DC直流稳压电源，进一步拓宽了其应用范围，增强实用性。

如图2和图3所示，该多功能气象监测装置中的多功能气象收发仪1，包括：盒体101以及设置在所述盒体101内部的控制电路板(未示与图2 和图3中)，其中，盒体101为密闭结构，盒体101可以采用防潮防水材料制成，也可以在盒体101外部涂覆有防潮防水层，能够防潮防水，同时可以减少外部电磁辐射对内部的控制电路板电路的影响。

进一步的是，多功能气象收发仪1还包括底座102，底座102与盒体 101通过连接件可拆卸连接，拆卸方便快速。连接件可以是包括设置在底座 102上的导轨和设置在盒体101上的滑动机构，也可以是，设置在盒体101 上的导轨和设置在底座102上的滑动机构。需要说明的是，连接件还包括紧固螺钉，当需要拆卸时，只需松开前部的两颗紧固螺钉，然后将盒体101 或底座102沿导轨拉出即可。

如图4所示，控制电路板包括微控制单元11和气象数据采集单元12，气象数据采集单元12与微控制单元11相连接；

进一步的是，微控制单元11为8位单片机；优选的是微控制单元11 为51系列单片机。

具体的，微控制单元11为C8051F040。51系列单片机C8051F040是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制的智能节点所需要的几乎所有模拟和数字外设以及其他功能部件，代表了目前8位单片机控制系统的发展方向。芯片上有1 个12位多通道模数转换器(Analog to Digital Converter，简写成ADC)，2 个12位数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，简写成DAC)，2个电压比较器，1个电压基准，1个32kB的FLASH存储器，与MCS－51指令集完全兼容的高速CIP－51内核，峰值速度可达25单字长定点指令平均执行速度(Million Instructions Per Second，缩写MIPS)，并且还有硬件实现的通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，缩写UART)串行接口和完全支持CAN2.0A和CAN2.0B的CAN控制器。 C8051F040是高度集成的混合信号系统级微控制器芯片，具有与8051单片机兼容的高速CIP-51微控制器内核，除了标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集与控制系统中常用的模拟部件及其它一些数字外设部件。

气象数据采集单元12包括组合传感器数据采集电路、车内温湿度传感器数据采集电路和地温探测器数据采集电路；

组合传感器数据采集电路与组合传感器2相连接，车内温湿度传感器数据采集电路与温湿度传感器3相连接，地温探测器数据采集电路与地温探测器4相连接。

需要说明的是，地温探测器数据采集电路还可以包括转换电路，当地温探测器测量得到的为电阻信号时，转换电路用于将电阻信号转换为电压信号传递给微控制单元11。

进一步的是，控制电路板还包括数据双向传输单元13，数据双向传输单元13通过CAN总线驱动电路或者串行接口电路与微控制单元11相连接，数据双向传输单元13可以通过CAN总线驱动电路或者串行接口电路双向传递信号和数据，传递气象参数数据为用户提供气象数据支持。

进一步的是，控制电路板还包括供电单元14，供电单元14包括电源供电电路和电压转换电路。多功能气象收发仪1通过供电单元14与供电装置 6相连接，具体的，通过供电单元14的电源供电电路与供电装置6相连接。优选的是，电压转化电路为降压电路，将供电装置6的电压降到适合微控制单元11工作的额定电压，具体的，降压电路将供电装置6的24V电压降低到3.3V输入给微控制单元11。

进一步的是，控制电路板还包括与升降装置5连接的气象油缸驱动电路15和限位开关保护电路16。气象油缸驱动电路15和限位开关保护电路 16分别与微控制单元11相连接，微控制单元11通过气象油缸驱动电路15 调节升降装置5的高度，限位开关保护电路16用于反馈升降装置5是否达到外部预定高度的信号，并将该信号传递给微控制单元11。

需要说明的而是，多功能气象收发仪1的盒体101的背面有相应的电路接口，分别为地温探测器接口103、温湿度传感器接口104、组合传感器接口105、升降接口106、电源接口107，以及测试接口108，测试接口108 用于测试人员测试，方便测试人员维修检测，电源接口107也是数据传输接口，将两种电路接口合二为一，有利于节省内部空间，减小盒体体积。具体参见图3。其中，地温探测器数据采集电路的输出接口为地温探测器接口103，车内温湿度传感器数据采集电路的输出接口为温湿度传感器接口 104，组合传感器数据采集电路的输出接口为组合传感器接口105，数据双向传输单元13的电路输出接口为电源接口107，供电单元14的电路输出接口为电源接口107，气象油缸驱动电路15和限位开关保护电路16的输出接口为升降接口106，供电装置6与供电单元14通过电源接口107相连接，升降装置5与多功能气象收发仪1通过升降接口106相连接。

实施例2

参照图5，本实用新型实施例还提供了一种多功能气象监测系统，包括主控系统以及实施例1中的多功能气象监测装置，其中，

多功能气象监测装置与主控系统通过有线通讯连接，进一步的是，主控系统与多功能气象监测装置通过CAN总线或者串行接口通讯连接。实现主控系统和多功能气象监测装置的信号和数据传输。

参照图6，下面简要说明主控系统与多功能气象监测装置数据传输的过程：

主控系统通过有线通讯将命令下发给多功能气象监测装置，多功能气象监测装置接收到命令后，由微控制单元对命令进行解析，例如气象数据采集、地温数据采集、气象油缸升降、车内温湿度数据采集、自检功能执行等等，微控制单元控制相应电路执行命令，相应传感器将数据得到的数据状态结果传给微控制单元，微控制单元对数据状态结果进行数据组装，由多功能气象监测装置上传给主控系统，实现数据的共享，为决策层提供数据支持。

本实用新型实施例提供的一种多功能气象监测系统，与上述实施例提供的多功能气象监测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。