基於物聯網一體化的多要素超聲波氣象監測傳感器的製作方法
2023-06-04 02:38:06
本實用新型涉及基於物聯網一體化的多要素超聲波氣象監測傳感器。主要用於氣象狀況監測及氣象災害預警服務的氣象監測站，應用領域包括森林、偏遠山區、沿海/航海、太陽能發電、電力架空輸電線路等。
背景技術：
近年全球氣候呈逐年變暖趨勢，大範圍不規則異常天氣不斷湧現，極端天氣事件頻繁發生，給社會經濟發展、人民生命財產安全帶來重大影響和破壞。我國近年大範圍極端災害天氣，如乾旱、洪澇、覆冰、龍捲風、颶風、颱風、冰雹等，在全國多個省份、地區肆虐，災害氣象數據多次打破歷史記錄：超強颱風肆虐浙江、福建、廣東等東南沿海，川渝遭受百年一遇大旱又遭遇特大暴雨，罕見暴風雪襲擊遼寧、山東，罕見颶風多次襲擊河北，新疆發生內陸少見的風災，貴州、湖南、廣西遭遇低溫冷凍災害……，針對頻發的氣象災害天氣，迫切需要科技手段對氣象狀況及其發展趨勢進行精確監測。
目前，我國的氣象數據監測仍多採用機械式、模擬量等技術採集，存在採集傳感器集成度低、機械式結構易磨損、數據採集準確度差、壽命短、後期現場維護成本高等技術問題。
技術實現要素：
為了解決目前氣象災害頻發、機械式/模擬量採集氣象傳感器精度不高等問題，為提高現場氣象數據採集的精確性、現場安裝應用簡易性性和後期維護方便性，本實用新型提供基於物聯網一體化的多要素超聲波氣象監測傳感器。採用超聲波智能數字傳感技術、基於衝擊原理的雨量測量技術，嚴格按照國際氣象組織WMO和ICAO標準設計，研製出了6要素超聲波智能氣象數字型傳感器，不僅能夠對現場溫度、溼度、風速、風向、氣壓和雨量進行現場實時數字式監測，而且長期使用無需現場校準，免現場維護，大大提高了數據採集精度、降低了後期現場維護工作量，其功能、性能、準確度遠優越於傳統的機械氣象傳感器。
為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：
基於物聯網一體化的多要素超聲波氣象監測傳感器，包括N個超聲波氣象傳感器，和與超聲波氣象傳感器無線通信的後臺伺服器；所述超聲波氣象傳感器包括中央處理器，分別與中央處理器的輸入端連接的溫度採集傳感器、溼度採集傳感器、風速採集傳感器、風向採集傳感器、氣壓採集傳感器、雨量採集傳感器，以及輸出端與中央處理器的電源端連接的蓄電池，輸出端與蓄電池的輸入端連接的太陽能電池板；所述中央處理器設有無線通信接口，通過無線通信模塊與後臺伺服器無線通信。
作為優選，所述中央處理器採用ARM Cortex-a9。採用Cortex處理器開發與設計，不僅具有ARM嵌入式技術穩定性好、功能強大、抗幹擾性能好、後期擴展性能好、遠程維護方便等優點，同時也具備了MSP430單片機低功耗、低成本的優點。
具體地，所述後臺伺服器還連接有監控中心顯示屏、計算機、手機。
作為優選，所述無線通信模塊採用4G/WIFI/光纖。
另外，所述中央處理器還設有定時器。實現數據定時上傳功能，並且降低系統功耗。
與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
(1)本實用新型一方面將改變傳統的機械式/模擬量氣象數據採集技術，採用超聲波智能傳感技術、基於衝擊原理的雨量測量技術，能夠對現場溫度、溼度、風速、風向、氣壓和雨量6個要素氣象數據進行24小時實時、準確採集和上報，彌補氣象局不能對小範圍內的人煙稀少區域、特殊小範圍局地氣象狀況進行預報和氣象信息預報實時性差的不足；另一方面將改變傳統的數據採集、處理、供電結構分散化的工作模式。
(2)本實用新型採用太陽能+冗餘性電源+低功耗供電技術，實現各氣象監測站在冬季長時間的冰雪期，具有充足的電源供應，確保各氣象監測站穩定運行。
(3)本實用新型集超聲波氣象數據採集、中央數據處理、4G無線通信、太陽能供電、後臺伺服器為一體，具有監測全面、結構簡單體積小、功能高度集成化、現場應用操作簡便、後期免維護等優點。
附圖說明
圖1為本實用新型-實施例的系統框圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限於下列實施例。
實施例
如圖1所示，基於物聯網一體化的多要素超聲波氣象監測傳感器，包括N個超聲波氣象傳感器，與超聲波氣象傳感器無線通信的後臺伺服器。每個超聲波氣象傳感器包括溫度採集傳感器、溼度採集傳感器、風速採集傳感器、風向採集傳感器、氣壓採集傳感器、雨量採集傳感器，和同時與上述傳感器連接的中央處理器，以及輸出端與中央處理器的電源端連接的蓄電池，輸出端與蓄電池的輸入端連接的太陽能電池板。中央處理器通過無線通信模塊與後臺伺服器無線通信，相應地，中央處理器設有無線通信接口。
本實施例中，中央處理器採用ARM Cortex-a9。採用Cortex處理器開發與設計，不僅具有ARM嵌入式技術穩定性好、功能強大、抗幹擾性能好、後期擴展性能好、遠程維護方便等優點，同時也具備了MSP430單片機低功耗、低成本的優點。
雨量採集傳感器將雨水的衝擊力轉換成壓敏電容信號，根據電容的變化量間接檢測雨量的大小。該傳感器靈敏度高、溫度穩定性好、體積小、便攜性好、成本低，能廣泛應用於氣象監測站、地質災害頻發區等任何需要氣象監測的區域。它克服了傳統的漏鬥式、機械式雨量筒傳感器的不足，免維護、無需現場校正。
本實施例中，後臺伺服器還連接有監控中心顯示屏、計算機、手機。
無線通信模塊採用4G/WIFI/光纖，相應地，中央處理器設有4G/WIFI/光纖無線通信接口。
在本實施例中，中央處理器還設有定時器，實現數據定時上傳功能，並且降低系統功耗。
在本實用新型硬體結構的基礎上，本領域技術人員通過一些現有的方法或算法，無需再付出創造性勞動即可實現對氣象的實時監測。
在本實施例硬體結構的基礎上還可開發數據監測中心處理系統、BS客戶端氣象應用系統、手機APP應用系統、氣象災害預警手機簡訊及微信推送服務系統，將現場所有超聲波氣象傳感器採集的實時氣象數據傳輸到數據網絡服務中心和應用客戶端。
按照上述實施例，便可很好地實現本實用新型。值得說明的是，基於上述結構設計的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本實用新型上做出的一些無實質性的改動或潤色，所採用的技術方案的實質仍然與本實用新型一樣，故其也應當在本實用新型的保護範圍內。