一种自动气象站故障监测装置的制作方法

本实用新型具体涉及一种自动气象站故障监测装置。

背景技术：

当今时代，气象灾害、环境问题已经成为社会广泛关注的热点问题。十八大报告中明确指出，要建立生态文明建设，给子孙后代留下天蓝、地绿、水净的美好家园。因此气象数据的采集与研究就显得尤为重要。近年来，随着自动气象站的建立，截止2015年底，我国有共2000多个国家级地面自动气象站，3万个省级地方地面自动气象站，部分地区自动站间的距离已小于10Km。自动气象站的监管成为了必不可少的环节，简易操作而且便于检查仪器故障的自动气象站自动检测装置就显得十分有意义。

在自动气象站的运行中，出现仪器故障是常见的，如果没有及时的发现仪器的故障，自动气象站会录入这些仪器故障导致的错误数据，从而影响气象数据的质量，降低数值天气预报的准确性，从而影响人们的日常生活。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种自动气象站故障监测装置，可检测自动气象站中各传感器是否发生故障，有传感器故障时及时报警，帮助维护人员快速到达待维修的自动气象站对指定的故障传感器进行检修，节约维护时间及成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自动气象站故障监测装置，自动气象站包括若干传感器，各传感器采集相应的气象要素数据上传至自动气象站，自动气象站将采集的所有气象要素数据上传至故障监测装置，故障监测装置包括主控制器、电源模块、数据采集接口模块、GPS定位模块、无线传输模块、报警模块以及位于管理室内的上位机；

主控制器通过数据采集接口模块连接自动气象站，以从自动气象站获取各气象要素数据；

电源模块提供工作电源至主控制器；GPS定位模块采集位置信息上传至主控制器；

主控制器通过无线传输模块与上位机连接通信；

报警模块的输入端连接主控制器，报警模块包括至少3个顺序排列的发光二极管，主控制器控制二极管的发光状态以表明各传感器是否发生故障；

主控制器从自动气象站采集各气象要素数据，若有传感器发生故障，则主控制器控制各二极管的发光状态进行报警，并将气象要素数据、故障信息及位置信息上传至上位机。

进一步的，传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、风速传感器及风向传感器。

进一步的，数据采集接口模块采用RS232串行通信方式，RS232串口通信电路包括MAX232芯片，MAX232芯片的T1OUT、R1IN引脚连接9针接头的RS232_TXD、RS_232_RXD引脚，通过9针接头与自动气象站上的9针接头匹配，实现与自动气象站的串行通信； MAX232芯片的T1IN、R1OUT管脚连接主控制器；VCC管脚接3.3V电源供电，旁边VDD引脚加上一个旁路电容C8。

进一步的，电源模块包括依次串联的太阳能蓄电池、防雷电电路、5V电压转换电路和3.3V电压转换电路。

进一步的，防雷电路为：太阳能蓄电池的输出端并上三个气体放电管LA151N后串联电感L1、L2、保险丝PTC后输出12V电源，在电感L1、L2的连接点并入压敏电阻RV，在电感L2与保险丝PTV的连接点并入并联的瞬态抑制二极管TVS、电容C5和电容C6。

进一步的， 5V电压转换电路包括LM2576HV-5.0稳压芯片，其IN管脚连接防雷电电路的输出电源12V，并在IN管脚接入旁路电容C11，GND、ON/OFF管脚接地，OUT管脚并入肖特基二极管D1后经储能电感L1输出5V电源，在输出5V电源节点并入滤波电容C12，FeedBack管脚接入输出5V电源节点。

进一步的，报警模块还包括一个扬声器电路，扬声器电路包括扬声器LS1以及NPN型三极管Q1，三极管的基极连接，集电极串联电阻R3后连接至5V供电电源，发射极串联扬声器LS1后接地。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型故障监测装置，根据各气象要素数据是否发生异常来判断对应的传感器是否发生故障，若有传感器发生故障，则通过3个二极管发光状态表示出对应的传感器发生故障，以方便附近的维护人员及时对相应的传感器进行检修，避免浪费时间在没有问题的仪器上。同时还开启GPS定位模块获取自动气象站的位置，将位置信息以及故障信息上传至上位机，方便管理室内的维护人员及时到达指定的气象站位置对发生故障的传感器进行维护。本实用新型可帮维护人员快速到达待维修的自动气象站对指定的故障传感器进行检修，节约维护时间及成本。

附图说明

图1是自动气象站故障监测装置的结构示意图；

图2是自动气象站发生故障的判定条件图；

图3是主控制器STM32芯片图；

图4是数据采集接口模块电路图；

图5是电源模块中防雷电电路图；

图6是电源模块中的12转5电压转换电路图；

图7是电源模块中的5转3.3电压转换电路图。

图8是报警模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型的一种自动气象站故障监测装置，自动气象站包括若干传感器传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、风速传感器及风向传感器，各传感器采集相应的气象要素数据上传至自动气象站，自动气象站将采集的所有气象要素数据上传至故障监测装置，故障监测装置根据各数据是否发生异常来判断对应的传感器是否发生故障，故障监测装置的结构图如图1所示，包括主控制器、电源模块、数据采集接口模块、GPS定位模块、无线传输模块、报警模块以及位于管理室内的上位机；

主控制器通过数据采集接口模块连接自动气象站，以从自动气象站获取各气象要素数据；

电源模块提供工作电源至主控制器；GPS定位模块采集位置信息上传至主控制器；

主控制器通过无线传输模块与上位机连接通信；

报警模块的输入端连接主控制器，报警模块包括至少3个顺序排列的发光二极管，主控制器控制二极管的发光状态以表明各传感器是否发生故障；

主控制器从自动气象站采集各气象要素数据，若有传感器发生故障，则主控制器控制各二极管的发光状态进行报警，并将气象要素数据、故障信息及位置信息上传至上位机。

本实用新型故障监测装置，根据各气象要素数据是否发生异常来判断对应的传感器是否发生故障，若有传感器发生故障，则通过3个二极管发光状态表示出对应的传感器发生故障，以方便附近的维护人员及时对相应的传感器进行检修，避免浪费时间在没有问题的仪器上。同时还开启GPS定位模块获取自动气象站的位置，将位置信息以及故障信息上传至上位机，方便管理室内的维护人员及时到达指定的气象站位置对发生故障的传感器进行维护。本实用新型可帮维护人员快速到达待维修的自动气象站对指定的故障传感器进行检修，节约维护成本及时间。

实施例

结合图1至图8，以下分模块具体介绍：

主控制器采用STM32F103芯片，如图3所示，分别与电源模块、数据采集接口模块、GPS定位模块、无线传输模块和报警模块连接，其中电源引脚由电源模块输出的VCC（3.3V）进行供电，引脚LED_PIN1、 LED_PIN2、LED_PIN3用于与报警模块中的3个二极管连接，引脚SPEAKER用于与报警模块中的扬声器连接，引脚GPS_R和GPS_T用于与GPS定位模块连接，引脚GPRS_R与GPRS_T用于与无线传输模块连接，引脚STM32_TXD和STM32_RXD用于与数据采集接口模块连接。

主控制器实时通过数据采集接口模块采集自动气象站的六个气象要素信息，对读取的数据进行数据缺失和超过极值判定，若某个气象要素数值发生数据缺失或超过极值范围，则判断此气象要素对应的传感器发生故障。其中数据缺失判定的意思是若某个气象要素数据连续发生5次缺失，则判定此相应的传感器出现了故障，连续缺失值的数量可以根据具体情况进行调整；超过极值判定的意思是如某个气象要素数据超过设定的数值范围（此数值范围根据此地气候进行设定），则判定此对应的传感器出现故障。六个气象要素的具体判断过程参见图2，首先判断温度数值是否缺失，若缺失则进一步判断达到5次连续缺失，若有数值则判断数值是否超出（-80℃，35℃）范围，若判断结果是缺失达到5次或超出范围则判断温度传感器发生故障，否则说明温度传感器正常工作；继续判断湿度数值是否达到5次连续缺失，或是否超出（0%，100%）范围，若缺失达到5次或超出则判断湿度传感器发生故障，否则说明湿度传感器正常工作；下一步继续判断气压数值是否达到5次连续缺失，或是否超出（300，1000hPa），若缺失达到5次或超出则判断气压传感器发生故障，下一步继续判断降水是否达到5次连续缺失，或是否超出（0，1828.8mm）范围，若缺失达到5次或超出则判断雨量传感器发生故障，再继续判断风速是否达到5次连续缺失，或是否超出（0，45m/s）范围，若缺失达到5次或超出则判断风速传感器发生故障，进一步的继续判断风向数值是否达到5次连续缺失，或是否超出（0，360°）范围，若缺失达到5次或超出则判断风向传感器发生故障，否则说明风向传感器正常工作；若以上传感器均无故障，则说明自动气象站工作正常，无故障发生。

数据采集接口模块：为了便于采集自动气象站数据，本实用新型中数据采集接口采用RS232串行通信方式，RS232串口通信电路如图4所示，该电路使用了MAX232芯片，MAX232芯片的T1OUT、R1IN引脚连接9针接头的RS232_TXD（引脚3）、RS_232_RXD（引脚2）引脚，通过9针接头与自动气象站上的9针接头匹配，实现与自动气象站的串行通信； MAX232芯片的T1IN、R1OUT管脚连接主控制器的STM32_TXD和STM32_RXD接口，实现数据的收发；VCC（引脚16）管脚接3.3V电源供电，旁边VDD引脚加上一个旁路电容C8（0.1μF），起到滤除电源和地之间干扰信号的作用。

电源模块：采用J-SN002太阳能蓄电池，电源模块包括依次串联的太阳能蓄电池、防雷电电路、5V电压转换电路和3.3V电压转换电路。

防雷电路图如图5所示，太阳能蓄电池的输出端并上三个气体放电管LA151N后串联电感L1、L2、保险丝PTC后输出12V电源，在电感L1、L2的连接点并入压敏电阻RV，在电感L2与保险丝PTV的连接点并入并联的瞬态抑制二极管TVS、电容C5和电容C6。图中LA151N1、 LA151N2、LA151N3是三个气体放电管，主要用来承受大的浪涌电流，瞬态抑制二极管TVS用于抑制瞬时电压，压敏电阻RV则用于泄放电流，电感L1、L2与电容C5、C6用于最后一层保护电路，当电路过载或断路导致电流过大时自恢复保险丝PTC会将电路断路以起到保护作用。参见图5，防雷电电路中还包括电源指示灯，在电源的输出端并上串联的电阻R8及发光LED。

图6为5V电压转换电路图，其中电压转换芯片采用LM2576HV-5.0稳压芯片，其IN管脚连接防雷电电路的输出电源12V，并在IN管脚接入旁路电容C11（100μF），GND、ON/OFF管脚接地，OUT管脚并入肖特基二极管D1后经储能电感L1（100μH）输出5V电源，在输出5V电源节点并入滤波电容C12（1000μF），用来输出滤波以及提高环路的稳定性；FeedBack管脚接入输出5V电源节点。

图7为3.3V电压转换电路图，其中电压转换芯片采用LM1117-3.3稳压芯片，在输入端IN管脚接入5V的电源，OUT管脚输出3.3V电压；GND管脚接地；在IN管脚与GND管脚之间接入了并联的C1（47μF）和C3（0.1μF）的电容，在OUT与GND管脚之间并联电容C2（47μF）和C4（0.1μF）。两并联电容起到了滤除电源和地之间干扰信号的作用。在输出电源端OUT还并联有电源指示灯，串联限流电阻R7和LED1之后接地。

GPS定位模块采用型号为NEO-6M 的GPS芯片，此芯片与STM32芯片的连接关系可参见现有技术，此处不再赘述。无线传输模块采用型号为SIM800C的GPRS芯片，此芯片与STM32芯片的此连接关系可参见现有技术，此处不再赘述。

报警模块：报警模块包含至少3发光二极管和一个扬声器，电路图如图8所示，各二极管一端串联限流电阻连接电源VCC，另一端连接主控制器STM32芯片上相应的管脚，第一发光二极管LED1连接LED_PIN1引脚，第二发光二极管LED2连接LED_PIN2引脚，第三发光二极管LED3连接LED_PIN3引脚，扬声器电路如图8所示，包括扬声器LS1以及NPN型三极管Q1，三极管的基极连接主控制器的SPEAKER引脚，集电极串联电阻R3后连接至5V供电电源，发射极串联扬声器LS1后接地。

通过扬声器报警可帮助维护人员快速找到出现故障的自动气象站，3个发光二极管通过顺序排列及二进制的原理显示不同数字代表的气象仪器，其中0代表发光二极管没有发光，1代表发光二极管发光，3个二极管发光状态与传感器是否发生故障的对应关系为：000代表没有故障，001代表温度传感器故障，010代表湿度传感器故障，011代表气压传感器故障，100代表雨量传感器发生故障，101代表风速传感器发生故障，110代表风向传感器发生故障，111代表多个传感器出现故障。因为自动气象站同时出现多个仪器故障的概率较低，所以没有特别设定多个传感器故障的每一种信号表示，如果需要，可通过增加发光二极管数量的方式表示多个不同传感器故障的情况。通过二极管的发光状态便于维护人员能针对出现故障的仪器进行检修。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。