专利名称：一种具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气象观测装置，特别是一种具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置。
背景技术：
目前，气象观测正朝着自动化的方向快速发展。一方面，传统自动气象站的大规模部署，大大提高了观测效率和观测精度，减少了观测人员的劳动量。另一方面，近年来随着无线传感器网络技术的发展，不少科技人员对无线传感器网络技术在气象观测领域的应用进行了研究和尝试，并取得了一些成果。公开号CN102137512A公布了一种基于无线传感器网络的自动气象站，该自动站由处理器装置、无线通信装置、传感器装置和电源装置构成，该自动站采用无线通信方式传输气象信息，能够实现长期无人看守的情况下，对气象要素的采集和监测。但是该自动站的电源装置采用的是两节干电池供电，能量有限，而且可靠性差，当电源耗尽或者出现故障时无法进行及时维护，从而造成气象数据采集的中断，影响数据的连续性和完整性。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型公开了一种具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，结构简单，使用方便，工作稳定，预警及警报性能强，能有效地降低气象观测装置故障几率，提高工作效率，有效地避免了气象数据采集中断，提高数据采集的连续性与完整性。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，包括主电源装置、备用电源装置、电压检测装置、电源切换装置、控制与通信装置、电压转换装置以及气象传感器装置，所述主电源装置和备用 电源装置并联并且均向电压检测装置和电压切换装置输出电信号，所述电压转换装置连接到电源切换装置实现电压转变并且电源转换装置向控制与通信装置供电，所述电压检测装置向控制与通信装置输出控制信号，所述气象传感器装置和控制与通信装置实施信息交互。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，结构简单，使用方便，工作稳定，预警及警报性能强，能有效地降低气象观测装置故障机率，续航能力强，工作稳定，可靠性好，降低设备的维护难度和维护成本，提高工作效率，有效地避免了气象数据采集中断，提高数据采集的连续性与完整性。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置的一种改进，所述主电源装置包括铅酸蓄电池、连接到铅酸蓄电池上的太阳能电池板以及连接到铅酸蓄电池的太阳能充放电控制器，所述太阳能充放电控制器与电源切换装置连接。本改进设置的主电源装置，能耗低，性能优良，工作性能好，有利于提高气象观测装置的连续运作能力，提高了设备运行的稳定性，从而有效地提高了气象数据采集的效率、连续性和完整性。[0007]本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置的又一种改进，所述电压检测装置包括电阻分压电路、A/D转换器以及控制装置，所述电阻分压电路连接到主电源装置和备用电源装置，所述A/D转换器接收电阻分压器的电信号并且向控制装置实施衰减电信号输出，所述控制装置连接到控制与通信装置。本改进通过设置的电压检测装置有利于提高气象观测装置运行的稳定性和安全性，从而有效地延长了设备的使用寿命，降低设备在运行中故障率，提高设备运行的安全性和连续性，提高气象数据的采集效率和准确性。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置的又一种改进，所述气象传感器装置包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、照度传感器、风速传感器、风向传感器或者雨量传感器中的一种或者几种。本改进设置的多类型气象传感器，有利于提高气象数据采集的多样性和完备性，提高气象观测的真实性和准确性。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，结构简单，使用方便，工作稳定，预警及警报性能强，能有效地降低气象观测装置故障几率，续航能力强，工作稳定，可靠性好，降低设备的维护难度和维护成本，提高工作效率，有效地避免了气象数据采集中断，提高数据采集的连续性与完整性，气象数据准确性高。
图1、本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置的结构示意图； 图2、本实用新型的电压检测装置和电源切换装置的电路图；图3、本实用新型的控制与通信装置的电路图；图4、本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式
仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。如图1至图4所示，本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，包括主电源装置、备用电源装置、电压检测装置、电源切换装置、控制与通信装置、电压转换装置以及气象传感器装置，所述主电源装置和备用电源装置并联并且均向电压检测装置和电压切换装置输出电信号，所述电压转换装置连接到电源切换装置实现电压转变并且电源转换装置向控制与通信装置供电，所述电压检测装置向控制与通信装置输出控制信号，所述气象传感器装置和控制与通信装置实施信息交互。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，结构简单，使用方便，工作稳定，预警及警报性能强，能有效地降低气象观测装置故障机率，续航能力强，工作稳定，可靠性好，降低设备的维护难度和维护成本，提高工作效率，有效地避免了气象数据采集中断，提高数据采集的连续性与完整性。[0016]作为一种优选，所述主电源装置包括铅酸蓄电池、连接到铅酸蓄电池上的太阳能电池板以及连接到铅酸蓄电池的太阳能充放电控制器，所述太阳能充放电控制器与电源切换装置连接。通过设置的主电源装置，能耗低，性能优良，工作性能好，有利于提高气象观测装置的连续运作能力，提高了设备运行的稳定性，从而有效地提高了气象数据采集的效率、连续性和完整性。作为一种优选，所述电压检测装置包括电阻分压电路、A/D转换器以及控制装置，所述电阻分压电路连接到主电源装置和备用电源装置，所述A/D转换器接收电阻分压器的电信号并且向控制装置实施衰减电信号输出，所述控制装置连接到控制与通信装置。通过设置的电压检测装置有利于提高气象观测装置运行的稳定性和安全性，从而有效地延长了设备的使用寿命，降低设备在运行中故障率，提高设备运行的安全性和连续性，提高气象数据的采集效率和准确性。作为一种优选，所述气象传感器装置包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、照度传感器、风速传感器、风向传感器或者雨量传感器中的一种或者几种。通过设置的多类型气象传感器，有利于提高气象数据采集的多样性和完备性，提高气象观测的真实性和准确性。
实施例本实用新型由主电源装置、备用电源装置、电压检测装置、电源切换装置、电压转换装置、控制与通信装置、气象传感器装置等七部分构成。主电源装置、备用电源装置分别和电压检测装置及电源切换装置相连接，电压检测装置和控制与通信装置相连接，电源切换装置经电压转换装置与控制与通信装置连接，气象传感器装置通过接口电路与控制与通信装置相连接。主电源装置主要由太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器构成，主电源装置在电压正常的情况下保持对整个气象观测装置输出功率。备用电源装置采用锂电池供电，主要作用是在主电源失效时保持对装置输出功率，主电源装置工作时备用电源装置不供电。电源切换装置与主电源装置和备用电源装置相连接，当主电源装置供电不足时，负责将系统电源切换至备用电源装置。当主电源装置电压恢复时，负责将系统电源切换至主电源装置。电压检测装置包括电阻分压电路和AD转换器，电阻分压电路将主电源和备用电源的1/4电压引出，经过AD转换器送入控制与通信装置，以实现对两路电压的监测和比较。电压转换装置与电源切换装置相连，将电源电压转换为控制与通信装置和气象传感器装置需要的电压。电压转换装置由相应的DC-DC转换器来实现。控制与通信装置包括控制单元和无线通信单元，控制单元是整个装置的核心，负责协调电压检测装置和电源切换装置的工作。当控制单元检测到主电源装置电压低于设定的阈值时，控制单元命令电源切换装置将系统电源切换到备用电源装置，同时通过控制与通信装置进行主电源预警，告知远程管理平台主电源暂时失效。备用电源装置启用后，如果经过一段时期，主电源装置恢复供电，控制单元命令电源切换装置将电源切换到主电源装置，并通过控 制与通信装置发送解除主电源预警信息；如果备用电源装置启用后主电源装置长期不能恢复供电，造成备用电源也供电不足，控制与通信装置检测到备用电源装置的电压低于设定阈值后，通过控制与通信装置发送系统电源报警信息，通知维护人员进行维护。气象传感器装置包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器等传感器及其接口，气象传感器装置采集各种气象要素并经处理后通过控制与通信装置传送至远程管理平台。气象传感器的种类繁多，输出信号各异，因此传感器装置设置有丰富的接口，如R232，RS485以及扩展I/O 口等。主电源装置采用太阳能系统，包括输出功率为IOW的太阳能电池板，输出电压为12V的铅酸蓄电池，12V太阳能充放电控制器。太阳能充放电控制器与电源切换装置相连接。备用电源装置采用自放电小的12V锂电池，电压检测装置和电源切换装置与锂电池相连接。锂电池在主电源装置失效时向系统供电。电压检测装置主要由电阻分压电路和控制装置内的AD转换器构成，如图2所示，电阻R5、R6和R3、R4分别构成了主电源装置和备用电源装置的分压电路，其中R3=3R4, R6=3R5，这样，通过分压电路把电源电压的1/4经P0_3和P0_1送入AD转换器，经AD转换器转换后送入控制装置进行监测。电源切换装置由一片LTC4414和两对背对背的MOSFET构成，LTC4414是凌特公司生产的电源管理芯片，能够实现DC电源之间的自动切换。如图2所示，CTL引脚与控制装置的Pl_2引脚相连，当CTL引脚为低电平时，主电源装置向负载输送功率，备用电源装置的MOSFET处于关断状态，当CTL引脚被切换至高电平时，则主电源装置的MOSFET被关断，备用电源装置的MOSFET接通，此时备用电源装置向负载输送功率。电压转换装 置采用12V转3.3V的DC-DC装置，DC-DC装置的输出端接控制装置的电源引脚，为控制与通信装置和气象传感器装置提供3.3V直流电源。控制与通信装置采用TI公司的CC2530芯片，该芯片集成了增强型8051内核和符合802.15.4标准的无线通信单元。CC2530自带一个14位8通道的AD转换器，从分压电路输出的电源电压信号通过CC2530的P0_3和P0_1送入相应的ADC通道，经转换后送给相应的分布式处理单元，处理单元将采集到的电源电压与预先设定的阈值进行比较，当主电源装置的电压低于相应阈值时，控制装置通过Pl_2向LTC4414的CTL引脚发送高电平，实现电源切换，并发送主电源预警信息，如果在备用电源装置工作期间主电源装置电压恢复正常，控制装置负责向CTL引脚发送低电平，实现电源切换，并发送解除预警信息；如果备用电源装置的电压低于预定阈值，则控制装置发送系统电源报警信息。气象传感器装置包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、照度传感器、风速传感器、风向传感器和雨量传感器，以实现对气象要素的全面观测。气象传感器装置还包括信号转换装置和接口电路，信号转换装置主要实现电流信号到电压信号的转换，以方便控制装置对传感器信息的采集。各种气象传感器通过航空插头与控制装置的IO 口相连接，以达到防水防干扰的目的。工作原理:装置工作时，如果主电源装置电量充足，CC2530在Pl_2引脚维持一个低电平不变，系统保持由主电源装置供电。CC2530的两个模拟输入引脚P0_3和P0_1负责对两个电源的监视，当主电源装置的电压低于设定的阈值时，CC2530通过CTL引脚向LTC4414发送高电平，此时LTC4414把电源切换至备用电源装置，CC2530通过控制与通信装置的无线通信装置向远程监控中心发送电源预警信息，此后，控制装置保持对主电源和备用电源电量的监测，如果备用电源装置在达到报警阈值前主电源装置恢复正常，CC2530通过向CTL发送低电平控制LTC4414把供电电源切换至主电源装置，并通过无线通信装置向远程监控中心发送解除预警信息。如果备用电源装置启用后主电源装置一直未恢复正常，且备用电源装置达到报警阈值，CC2530将通过无线通信装置发送报警信息告知维护人员进行维护。本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，结构简单，使用方便，工作稳定，预警及警报性能强，能有效地降低气象观测装置故障机率，续航能力强，工作稳定，可靠性好，降低设备的维护难度和维护成本，提高工作效率，有效地避免了气象数据采集中断，提高数据采集的连续性与完整性，气象数据准确性高。本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本实用新型的具体实施方式
，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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进 和润饰也视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，其特征在于:所述具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置包括主电源装置、备用电源装置、电压检测装置、电源切换装置、控制与通信装置、电压转换装置以及气象传感器装置，所述主电源装置和备用电源装置并联并且均向电压检测装置和电压切换装置输出电信号，所述电压转换装置连接到电源切换装置实现电压转变并且电源转换装置向控制与通信装置供电，所述电压检测装置向控制与通信装置输出控制信号，所述气象传感器装置和控制与通信装置实施信息交互。
2.根据权利要求1所述的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，其特征在于:所述主电源装置包括铅酸蓄电池、连接到铅酸蓄电池上的太阳能电池板以及连接到铅酸蓄电池的太阳能充放电控制器，所述太阳能充放电控制器与电源切换装置连接。
3.根据权利要求1所述的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，其特征在于:所述电压检测装置包括电阻分压电路、A/D转换器以及控制装置，所述电阻分压电路连接到主电源装置和备用电源装置，所述A/D转换器接收电阻分压器的电信号并且向控制装置实施衰减电信号输出，所述控制装置连接到控制与通信装置。
4.根据权利要求1所述的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置，其特征在于:所述气象传感器装置包 括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、照度传感器、风速传感器、风向传感器或者雨量传感器中的一种或者几种。
专利摘要本实用新型公开的具有双电源切换及低压预警报警功能的气象观测装置包括主电源装置、备用电源装置、电压检测装置、电源切换装置、控制与通信装置、电压转换装置以及气象传感器装置，主电源装置和备用电源装置并联并且均向电压检测装置和电压切换装置输出电信号，电压转换装置连接到电源切换装置实现电压转变并且电源转换装置向控制与通信装置供电，电压检测装置向控制与通信装置输出控制信号，气象传感器装置和控制与通信装置实施信息交互。本实用新型结构简单，使用方便，工作稳定，预警及警报性能强，能有效地降低气象观测装置故障几率,提高工作效率。
文档编号H02J9/06GK203117441SQ20132006593
公开日2013年8月7日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者周杰, 罗希昌, 杜景林, 张卫江, 杨亦洲 申请人:南京信息工程大学