一种智能驱动控制式高空气象传感检测装置的制作方法

本发明涉及一种智能驱动控制式高空气象传感检测装置，属于智能气象传感监测技术领域。

背景技术：

气象监测是气象领域中最重要、最直接的数据获取手段，通过各类气象传感器达到气象监测的目的，常用的气象传感器诸如温度传感器、湿度传感器、风速传感器、气压传感器等等，分别用于检测各类气象数据，并且随着技术水平的不断提升，针对气象监测的方式正发生着改进与创新，诸如专利申请号：201310708636.7，公开了一种输电线路气象监测装置，包括铁塔，铁塔上设置有气象传感器和主机箱，所述主机箱内设置有中央处理器、通信模块和蓄电池，所述中央处理器分别与气象传感器和通信模块连接，蓄电池分别与气象传感器、通信模块和中央处理器连接。本发明的有益效果：上述技术方案所设计的输电线路气象监测装置，实现了对输电线路点气象的远程监测，节省了人力物力，且采用太阳能电池板供电，解决了野外长期运行供电的难题，节能环保。

还有专利申请号：201511035082.4，公开了一种气象监测塔，包括四组主支撑立梁、固定在所述支撑立梁之间的支撑横梁、固定在主支撑立梁和支撑横梁之间的加固梁、链条、传动齿轮、电机和支撑底板；支撑横梁沿竖直方向均匀分布在四组主支撑立梁之间；加固梁与主支撑立梁和支撑横梁构成三角稳固结构；支撑横梁所在的四个曲面中两个相对的曲面上分别固设有两列传动齿轮，传动齿轮对应固定在支撑横梁上，每列传动齿轮上安装有一链条；位于链条最下端的支撑横梁可转动固定在主支撑立梁上，该支撑横梁与电机传动连接；链条与支撑底板固定连接。上述技术方案所设计的气象监测塔，在气象塔内增加了通过链条升降的升降板，方便了工作人员的上下检修。

不仅如此，诸如专利申请号：201610250680.1，公开了一种便携式气象监测设备，包括电源服务模块、数据采集模块、应用管理模块、数据存储模块、蓝牙服务模块、系统基础服务模块和电源管理模块；所设计的便携式气象监测设备，通过将气象信息使用便携式设备进行采集、存储、处理，使之为人们的生产生活服务，技术方案通过对电源进行优化处理，极大地提升了电源容量，维持电流稳定，减小电量输出，通过对降压转换器进行优化，较少电量损失，通过添加应用管理模块对应用程序进行管理，以优化流水线的方式进行工作，避免浪费设备的工作周期，从而提供了一种能够长时间供电的真正的便携式气象监测移动设备。

从上述现有技术可以看出，现有设计的气象监测装置和模块日新月异，不断提高气象监测覆盖率和监测准确性，在气象监测装置多样化中，尤以高空气象监测重要，它能更加直观、更加准确的获知气象数据，这其中，以探测气球为基础的高空气象探测装置最为经济、便捷，且使用率高，现有此气象探测装置由具有升力的气球将气象探测装置带入高空，并结合气象探测装置上系有的缆绳实现区域限制及回收，在实际应用中，该装置就存在一些不尽如人意的地方，每到一指定探测高度，需要通过针对缆绳的拉力，保持气象探测装置位于该高度进行气象探测；当需要针对装置进行回收时，由于探测气球具有一定的升力，因此要通过针对缆绳更大的作用力，将气象探测装置拉回，不仅费时，而且费力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对气球式高空气象探测装置进行改进，引入升力智能调节结构，基于高度定位结果，实现高效气象探测效率的智能驱动控制式高空气象传感检测装置。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种智能驱动控制式高空气象传感检测装置，包括探测气球、缆绳、平台和控制模块，以及分别与控制模块相连接的电源、指定气象传感器组、存储模块；平台位于探测气球的下方，并通过支架与探测气球相连接；缆绳一端与平台相连接，另一端与地面固定端相连接；控制模块、电源、指定气象传感器组和存储模块固定设置在平台上，指定气象传感器组包括各个指定气象传感器，各个指定气象传感器分别与控制模块相连接；还包括盛装有氢气的容器瓶、电控气泵，以及分别与控制模块相连接的无线通信模块、卫星定位模块、电机驱动电路；电控气泵经电机驱动电路与控制模块相连接；卫星定位模块固定设置在平台上；电源经过控制模块分别为存储模块、无线通信模块、卫星定位模块、各个指定气象传感器进行供电；同时，电源依次经过控制模块、电机驱动电路为电控气泵进行供电；电机驱动电路包括第一NPN型三极管Q1、第二NPN型三极管Q2、第三PNP型三极管Q3、第四PNP型三极管Q4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；其中，第一电阻R1的一端连接控制模块的正级供电端，第一电阻R1的另一端分别连接第一NPN型三极管Q1的集电极、第二NPN型三极管Q2的集电极；第一NPN型三极管Q1的发射极和第二NPN型三极管Q2的发射极分别连接在电控气泵的两端上，同时，第一NPN型三极管Q1的发射极与第三PNP型三极管Q3的发射极相连接，第二NPN型三极管Q2的发射极与第四PNP型三极管Q4的发射极相连接；第三PNP型三极管Q3的集电极与第四PNP型三极管Q4的集电极相连接，并接地；第一NPN型三极管Q1的基极与第三PNP型三极管Q3的基极相连接，并经第二电阻R2与控制模块相连接；第二NPN型三极管Q2的基极经第三电阻R3与控制模块相连接；第四PNP型三极管Q4的基极经第四电阻R4与控制模块相连接；电控气泵拥有两个出气口和一个进气口，电控气泵位于探测气球的下方，并通过支架与探测气球相连接，电控气泵的其中一个出气口经柔性连接件与探测气球的气嘴相连接，容器瓶通过支架固定设置于电控气泵的侧面，且电控气泵的进气口与容器瓶的气嘴相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电控气泵的电机为无刷电机。

作为本发明的一种优选技术方案：所述指定气象传感器组包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、气压传感器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述卫星定位模块为GPS卫星定位模块、伽利略卫星定位模块或北斗卫星定位模块中的任意一种。

作为本发明的一种优选技术方案：所述无线通信模块为4G无线通信模块。

作为本发明的一种优选技术方案：所述控制模块为单片机。

本发明所述一种智能驱动控制式高空气象传感检测装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置，针对气球式高空气象探测装置进行改进，通过设计与探测气球相连的电控气泵，配合盛装有氢气的容器瓶，引入升力智能调节结构，基于卫星定位模块所获高度定位结果的情况下，根据预设气象探测路径，结合具体所设计的电机驱动电路，针对电控气泵的工作进行智能调节，实现智能驱动控制式高空气象传感检测装置各个不同高度的气象监测，以及智能回收操作，大大提高了气象监测的工作效率；

（2）本发明设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置中，针对电控气泵的电机，进一步设计采用无刷电机，使得本发明所设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置，在实际工作过程中，能够实现静音工作，既保证了所设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置，具有高效的工作效率，又能保证其工作过程不对周围环境产生噪声影响，体现了设计过程中的人性化设计；

（3）本发明设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置中，针对卫星定位模块，进一步设计采用GPS卫星定位模块、伽利略卫星定位模块或北斗卫星定位模块中的任意一种，多种卫星定位方式的选择，能够有效提高实际应用中，定位的准确性和稳定性，为后续针对电控气泵的智能控制提供了准确的数据依据；

（4）本发明设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置中，针对无线通信模块，进一步设计采用4G无线通信模块，能够最大限度保证高空传输数据的准确性和稳定性，进一步有效保证了所设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置在实际应用过程当中的工作效率；

（5）本发明设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置中，针对控制模块，进一步设计采用单片机，一方面能够适用于后期针对所设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置的扩展需求，另一方面，简洁的控制架构模式能够便于后期的维护。

附图说明

图1是本发明所设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置的结构示意图；

图2是本发明所设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置中电机驱动电路的示意图。

其中，1. 探测气球，2. 缆绳，3. 平台，4. 控制模块，5. 电源,6. 指定气象传感器组，7. 存储模块，8. 无线通信模块，9. 卫星定位模块，10. 电控气泵，11. 容器瓶，12. 柔性连接件，13. 电机驱动电路。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种智能驱动控制式高空气象传感检测装置，包括探测气球1、缆绳2、平台3和控制模块4，以及分别与控制模块4相连接的电源5、指定气象传感器组6、存储模块7；平台3位于探测气球1的下方，并通过支架与探测气球1相连接；缆绳2一端与平台3相连接，另一端与地面固定端相连接；控制模块4、电源5、指定气象传感器组6和存储模块7固定设置在平台3上，指定气象传感器组6包括各个指定气象传感器，各个指定气象传感器分别与控制模块4相连接；还包括盛装有氢气的容器瓶11、电控气泵10，以及分别与控制模块4相连接的无线通信模块8、卫星定位模块9、电机驱动电路13；电控气泵10经电机驱动电路13与控制模块4相连接；卫星定位模块9固定设置在平台3上；电源5经过控制模块4分别为存储模块7、无线通信模块8、卫星定位模块9、各个指定气象传感器进行供电；同时，电源5依次经过控制模块4、电机驱动电路13为电控气泵10进行供电；如图2所示，电机驱动电路13包括第一NPN型三极管Q1、第二NPN型三极管Q2、第三PNP型三极管Q3、第四PNP型三极管Q4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；其中，第一电阻R1的一端连接控制模块4的正级供电端，第一电阻R1的另一端分别连接第一NPN型三极管Q1的集电极、第二NPN型三极管Q2的集电极；第一NPN型三极管Q1的发射极和第二NPN型三极管Q2的发射极分别连接在电控气泵10的两端上，同时，第一NPN型三极管Q1的发射极与第三PNP型三极管Q3的发射极相连接，第二NPN型三极管Q2的发射极与第四PNP型三极管Q4的发射极相连接；第三PNP型三极管Q3的集电极与第四PNP型三极管Q4的集电极相连接，并接地；第一NPN型三极管Q1的基极与第三PNP型三极管Q3的基极相连接，并经第二电阻R2与控制模块4相连接；第二NPN型三极管Q2的基极经第三电阻R3与控制模块4相连接；第四PNP型三极管Q4的基极经第四电阻R4与控制模块4相连接；电控气泵10拥有两个出气口和一个进气口，电控气泵10位于探测气球1的下方，并通过支架与探测气球1相连接，电控气泵10的其中一个出气口经柔性连接件12与探测气球1的气嘴相连接，容器瓶11通过支架固定设置于电控气泵10的侧面，且电控气泵10的进气口与容器瓶11的气嘴相连接。上述技术方案所设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置，针对气球式高空气象探测装置进行改进，通过设计与探测气球1相连的电控气泵10，配合盛装有氢气的容器瓶11，引入升力智能调节结构，基于卫星定位模块9所获高度定位结果的情况下，根据预设气象探测路径，结合具体所设计的电机驱动电路13，针对电控气泵10的工作进行智能调节，实现智能驱动控制式高空气象传感检测装置各个不同高度的气象监测，以及智能回收操作，大大提高了气象监测的工作效率。

基于上述设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置技术方案的基础之上，本发明还进一步设计了如下优选技术方案：针对电控气泵10的电机，进一步设计采用无刷电机，使得本发明所设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置，在实际工作过程中，能够实现静音工作，既保证了所设计的智能驱动控制式高空气象传感检测装置，具有高效的工作效率，又能保证其工作过程不对周围环境产生噪声影响，体现了设计过程中的人性化设计；还有针对卫星定位模块9，进一步设计采用GPS卫星定位模块、伽利略卫星定位模块或北斗卫星定位模块中的任意一种，多种卫星定位方式的选择，能够有效提高实际应用中，定位的准确性和稳定性，为后续针对电控气泵10的智能控制提供了准确的数据依据；而且针对无线通信模块8，进一步设计采用4G无线通信模块，能够最大限度保证高空传输数据的准确性和稳定性，进一步有效保证了所设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置在实际应用过程当中的工作效率；不仅如此，针对控制模块4，进一步设计采用单片机，一方面能够适用于后期针对所设计智能驱动控制式高空气象传感检测装置的扩展需求，另一方面，简洁的控制架构模式能够便于后期的维护。

本发明设计了智能驱动控制式高空气象传感检测装置在实际应用过程当中，具体包括探测气球1、缆绳2、平台3和单片机，以及分别与单片机相连接的电源5、指定气象传感器组6、存储模块7；平台3位于探测气球1的下方，并通过支架与探测气球1相连接；缆绳2一端与平台3相连接，另一端与地面固定端相连接；单片机、电源5、指定气象传感器组6和存储模块7固定设置在平台3上，指定气象传感器组6包括各个指定气象传感器，指定气象传感器组6包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、气压传感器，各个指定气象传感器分别与单片机相连接；还包括盛装有氢气的容器瓶11、电控气泵10，以及分别与单片机相连接的4G无线通信模块、卫星定位模块9、电机驱动电路13；电控气泵10经电机驱动电路13与单片机相连接；卫星定位模块9固定设置在平台3上；电源5经过单片机分别为存储模块7、4G无线通信模块、卫星定位模块9、各个指定气象传感器进行供电；同时，电源5依次经过单片机、电机驱动电路13为电控气泵10进行供电；电控气泵10的电机为无刷电机，卫星定位模块9为GPS卫星定位模块、伽利略卫星定位模块或北斗卫星定位模块中的任意一种；电机驱动电路13包括第一NPN型三极管Q1、第二NPN型三极管Q2、第三PNP型三极管Q3、第四PNP型三极管Q4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；其中，第一电阻R1的一端连接单片机的正级供电端，第一电阻R1的另一端分别连接第一NPN型三极管Q1的集电极、第二NPN型三极管Q2的集电极；第一NPN型三极管Q1的发射极和第二NPN型三极管Q2的发射极分别连接在电控气泵10的两端上，同时，第一NPN型三极管Q1的发射极与第三PNP型三极管Q3的发射极相连接，第二NPN型三极管Q2的发射极与第四PNP型三极管Q4的发射极相连接；第三PNP型三极管Q3的集电极与第四PNP型三极管Q4的集电极相连接，并接地；第一NPN型三极管Q1的基极与第三PNP型三极管Q3的基极相连接，并经第二电阻R2与单片机相连接；第二NPN型三极管Q2的基极经第三电阻R3与单片机相连接；第四PNP型三极管Q4的基极经第四电阻R4与单片机相连接；电控气泵10拥有两个出气口和一个进气口，电控气泵10位于探测气球1的下方，并通过支架与探测气球1相连接，电控气泵10的其中一个出气口经柔性连接件12与探测气球1的气嘴相连接，容器瓶11通过支架固定设置于电控气泵10的侧面，且电控气泵10的进气口与容器瓶11的气嘴相连接。智能驱动控制式高空气象传感检测装置出厂前将整个装置的重量预存入单片机当中，实际应用中，初始化首先操作向单片机输入各个气象监测高度，同时将缆绳2的另一端与地面固定端相连接，缆绳2的长度大于预设各个气象监测高度中的最高高度，缆绳2的目的是将智能驱动控制式高空气象传感检测装置限制在一个指定的区域内，防止智能驱动控制式高空气象传感检测装置在风的驱使下，飘离监测区域；然后控制卫星定位模块9工作，实时获得智能驱动控制式高空气象传感检测装置的高度数据，上传至单片机当中，同时，控制各个指定气象传感器工作，监测获得各种气象数据，上传至单片机当中，一方面存储于存储模块7中，另一方面经4G无线通信模块传回地面监控中心；完成初始化操作后，单片机经电机驱动电路13控制电控气泵10工作，其中，单片机向电机驱动电路13发出控制命令，电机驱动电路13接收控制命令生成相应控制指令，并继续发送给电控气泵10，控制电控气泵10工作，由容器瓶11中抽取氢气并注入探测气球1中，直至探测气球1的升力大于整个智能驱动控制式高空气象传感检测装置的重量，则在升力的作用下，智能驱动控制式高空气象传感检测装置升空，依次升至各个气象监测高度，由于单片机实时获得高度数据，当智能驱动控制式高空气象传感检测装置每升到一个气象监测高度时，单片机经电机驱动电路13控制电控气泵10工作，其中，单片机向电机驱动电路13发出控制命令，电机驱动电路13接收控制命令生成相应控制指令，并继续发送给电控气泵10，控制电控气泵10工作，由探测气球1抽取一定量的氢气，并经电控气泵10上另一个出气口排出，使得探测气球1的升力等于智能驱动控制式高空气象传感检测装置的重量，使得智能驱动控制式高空气象传感检测装置停留在该气象监测高度，针对该气象监测高度进行进一步气象监测；当完成该气象监测高度的气象监测后，单片机继续经电机驱动电路13控制电控气泵10工作，其中，单片机向电机驱动电路13发出控制命令，电机驱动电路13接收控制命令生成相应控制指令，并继续发送给电控气泵10，控制电控气泵10工作，由容器瓶11中抽取氢气并注入探测气球1中，直至探测气球1的升力大于整个智能驱动控制式高空气象传感检测装置的重量，则在升力的作用下，智能驱动控制式高空气象传感检测装置会升至下一个气象监测高度，并实施气象监测，由此基于上述实施过程，依次针对各个气象监测高度实现气象监测，直至完成所有气象监测高度的气象监测后；单片机经电机驱动电路13控制电控气泵10工作，其中，单片机向电机驱动电路13发出控制命令，电机驱动电路13接收控制命令生成相应控制指令，并继续发送给电控气泵10，控制电控气泵10工作，由探测气球1抽取一定量的氢气，并经电控气泵10上另一个出气口排出，使得探测气球1的升力低于智能驱动控制式高空气象传感检测装置的重量，且探测气球1升力与智能驱动控制式高空气象传感检测装置重量之间的差值，使得智能驱动控制式高空气象传感检测装置能够以一个缓慢的速度逐渐下降，实现最终智能驱动控制式高空气象传感检测装置的回收。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。