氣象監測系統的製作方法

2023-06-09 03:20:01 2

專利名稱：氣象監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣象監測設備技術領域，具體涉及一種適用於高速公路管理系統，能夠為公路交通部門提供最準確可靠的公路交通環境氣象數據，從而指導交通部門做出相應決策的氣象監測系統。
背景技術：
惡劣天氣現象會影響高速公路行車安全，極易導致交通事故的發生。如大霧和降水天氣會導致能見度降低，雨雪天氣會導致路面溼滑，強烈橫風影響車輛行駛穩定性，路面結冰、霜凍會造成路面摩擦係數明顯降低，高溫天氣的長途高速行駛，極易引起爆胎和疲勞駕駛，這些天氣現象都會直接或間接的給交通安全帶來隱患。在我國，高速公路在建設階段根據設計要求安裝了一些道路氣象站，這些氣象站的設置間距多數較遠，平均50— 80公裡設置一套，不能及時了解局部地段或關鍵地段的道路及路面狀態變化情況，無法對關鍵的局部路面狀態進行監測預警和評估，也就不能及時、準確地發布高速公路路面狀況預警信息。當前高速公路採用的氣象站大多為進口產品，價格較高，受建設資金的影響難以密集設置，而且單個氣象站體積較大，傳感器數量多，針對某一氣象要素的檢測均需單獨設置專用的傳感器，針對路面狀況的檢測則需埋設傳感器於路面之下，施工及維護成本較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種適用於各種惡劣的野外環境，可無人值守，具有全自動氣象數據採集、儲存、處理和傳送功能的氣象監測系統。本發明所要解決的技術問題採用以下技術方案來實現:
一種氣象監測系統，包括用於採集各類檢測器的數據採集器，所述數據採集器將檢測器得到的信號處理通過通訊設備傳送到指揮中心站，所述數據採集器採用交流供電和蓄電池智能供電兩種方式，保證採集系統因故障斷電時，數據採集器可以繼續工作，所述數據採集器通過RS485接口分別連接有雨量雪量檢測器、能見度檢測器、溫溼度檢測器、風向風速檢測器及紅外線遙感路面測溫器，對高速公路上沙塵、霧，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行數據採集和分析，然後將分析結果上傳給指揮中心站以實現對現場實際情況進行實時監控。所述數據採集器包括數據採集模塊、液晶顯示模塊及輸入防雷模塊，所述液晶顯示模塊通過接口連接到數據採集模塊，所述液晶顯示模塊顯示數據採集模塊的運行狀態，和採集的數據信息，可以幫助現場調試人員方便的判斷系統運行狀態，以及採集的數據是否正常，為安裝調試和最終使用人員提供極大的便利，所述輸入防雷模塊通過數據採集線連接到數據採集模塊，具有防感應雷擊的功能，可以防止外部感應雷擊。所述雨量雪量檢測器包括外筒、底盤、翻鬥及支架，所述外筒安裝於底盤上，所述底盤底部設有出水口，所述支架設於外筒內，所述外筒上端設有雨雪接收器，所述雨雪接收器正下方位於外筒內的支架上設有過濾鬥，所述翻鬥安裝於支架上，並位於過濾鬥下方，所述翻鬥上連接有通信電纜，所述通信電纜連接到數據採集器，所述翻鬥為單翻式翻鬥，設計採用單翻式翻鬥，其輸出為脈衝信號，內部結構緊湊，操作維護簡單。所述能見度檢測器包括探測單元和控制器單元，所述控制器單元控制探測單元工作，並將探測單元採集的信號傳送到數據採集器，所述探測單元包括相對設置的光源發射模塊和光源接收模塊，所述控制器單元具有模擬/數字接口，能見度的檢測即氣象學意義上的數值(MOR)是由大氣中懸浮的微小顆粒物(煙霧、灰塵、濃霧、雨、雪)散射光線強弱所決定的，通過測量這種消光係數，再經過標準公式的轉化就可能得到人們肉眼所需的能見度數值。所述溫溼度檢測器包括防護罩、設於防護罩內的溼敏電容、以及與溼敏電容電連接的轉換電路，所述轉換電路上引出有通信電纜，所述通信電纜經RS485/232轉換接頭連接到外部計算機設備，所述溼敏電容由玻璃底襯、下電極、溼敏材料組件、上電極組成，所述溼敏材料組件位於上電極和下電極之間，並於上電極和下電極串聯，所述玻璃底襯位於下電極底部。所述風向風速檢測器包括傳感器底座，所述傳感器底座上部安裝有風速感應器，所述風速感應器通過金屬管連接有風向感應器，所述風向感應器上設有指北紅點，所述風向感應器上端部連接有轉杆，所述轉杆一端設有風向標，另一端設有平衡錘，所述風速感應器上端設有風杯，所述金屬管內穿設有有通信電纜，所述通信電纜一端連接到風向感應器，另一端連接到風速感應器。 所述紅外線遙感路面測溫器包括光電探測器，所述光電探測器連接有信號放大器及處理模塊，所述信號放大器及處理模塊連接有顯示輸出模塊，光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電信號，該信號再經換算轉變為被測目標的溫度值。本發明的有益效果是:
1)全自動數據採集、傳輸及監控，可長期無人值守；
2)能夠在各種惡劣的環境下長期穩定運行；
3)檢測項目全，能夠對霧、沙塵，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行實時檢測；
4)採集處理核心單元採用模塊化的嵌入式微機，擴展性好，可靠性好，具有高度的智能化和靈活性，並可根據用戶的要求進行系統定製。


圖1為本發明原理方框 圖2為本發明數據採集器原理方框 圖3為本發明雨量雪量檢測器結構示意 圖4為本發明能見度檢測器原理方框 圖5為本發明溫溼度檢測器結構示意 圖6為本發明溫溼度檢測器溼敏電容分解示意 圖7為本發明風向風速檢測器結構示意圖； 圖8為本發明紅外線遙感路面測溫器原理方框圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。如圖1所示，一種氣象監測系統，包括用於採集各類檢測器的數據採集器10，數據採集器10將檢測器得到的信號處理通過通訊設備傳送到指揮中心站20，數據採集器10採用交流供電和蓄電池智能供電兩種方式，保證採集系統因故障斷電時，數據採集器10可以繼續工作，數據採集器10通過RS485接口分別連接有雨量雪量檢測器30、能見度檢測器40、溫溼度檢測器50、風向風速檢測器60及紅外線遙感路面測溫器70，對高速公路上沙塵、霧，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行數據採集和分析，然後將分析結果上傳給指揮中心站以實現對現場實際情況進行實時監控。如圖2所示，數據採集器10包括數據採集模塊101、液晶顯示模塊102及輸入防雷模塊103，液晶顯示模塊102通過接口連接到數據採集模塊101，液晶顯示模塊102顯示數據採集模塊101的運行狀態，和採集的數據信息，可以幫助現場調試人員方便的判斷系統運行狀態，以及採集的數據是否正常，為安裝調試和最終使用人員提供極大的便利，輸入防雷模塊103通過數據採集線連接到數據採集模塊101，具有防感應雷擊的功能，可以防止外部感應雷擊。數據採集器10利用擴展接口，可以大量擴展採集通道，以滿足各種監測系統的需要，更加適合大量使用各種自動監測設備的場合。數據採集器核心單元是採用基於軍品級別的嵌入式控制技術產品，它具有以下特點:長壽命、擴展靈活、堅固耐用、小尺寸、低功耗、寬工作溫度、自帶看門狗、無電池工作、各種顯示支持、嵌入式BIOS、快速啟動和多作業系統支持等。系統具有高度的模塊化和靈活性，系統核心模塊具備獨有的嵌入式PC BIOS以增強系統的可靠性與靈活性，能實現安全自舉、無電池啟動功能、看門狗定時器支持、串行控制臺選擇、串行加載等功能，整個採集器裝配在防腐不鏽鋼機箱內。數據採集器產品核心部件有關的相應運行特性參數包括:
輸出接口:RS-232、485、422 可選；
數據上傳周期:1-30分鐘可調；
通信功率:標準為9600，最高可達115k;
工作環境溫度:-45-85°C ；
工作環境溼度:0-100%RH ；
採集器核心部件平均無故障時間:超過20萬小時；
防雷性能:雷擊感應通流容量5KA ；
響應時間:小於10秒；
供電系統:220VAC (標準)，太陽能(可選)；
防護等級:IP66。如圖3所示，雨量雪量檢測器30包括外筒301、底盤302、翻鬥303及支架304，外筒301安裝於底盤302上，底盤302底部設有出水口 305，支架304設於外筒301內，外筒301上端設有雨雪接收器306，雨雪接收器306正下方位於外筒301內的支架304上設有過濾鬥307，翻鬥303安裝於支架304上，並位於過濾鬥307下方，翻鬥303上連接有通信電纜，通信電纜連接到數據採集器，翻鬥303為單翻式翻鬥，設計採用單翻式翻鬥，其輸出為脈衝信號，內部結構緊湊，操作維護簡單。雨水或雪融化成水後通過一個直徑為200mm的接收器，再通過一個過濾鬥307流入翻鬥303裡，當翻鬥303流入一定量的水後，翻鬥303翻轉，倒空鬥裡的水，翻鬥303的另一邊開始接水，翻鬥303的每次翻轉動作輸出一個脈衝信號(I脈衝=0.1mm降水量)通過電纜傳輸到採集系統，數據採集裝置通過對脈衝信號的處理即可得到相應的降水量數據。1.技術指標 承水口內徑:200mm 解析度:0.1nim
測量量程:0-5mm/min
測量允許誤差:±0.4mm (< 10謹)
環境溫度:0-60°C (標準)-25-60°C (帶加熱裝置)
輸出方式:1脈衝=0.1mm降水量 加熱電源:24V AC 加熱輸出功率:70W。如圖4所示，能見度檢測器40包括探測單元401和控制器單元402，控制器單元402控制探測單元401工作，並將探測單元401採集的信號傳送到數據採集器，探測單元401包括相對設置的光源發射模塊403和光源接收模塊404，控制器單元402具有模擬/數字接口，能見度的檢測即氣象學意義上的數值(MOR)是由大氣中懸浮的微小顆粒物(煙霧、灰塵、濃霧、雨、雪)散射光線強弱所決定的，通過測量這種消光係數，再經過標準公式的轉化就可能得到人們肉眼所需的能見度數值。其是根據布格爾-朗伯(Bougner - Lambert)定律。將一紅外光束射入空氣，當紅外光照射到煙霧，粉塵，煙霾，霧，雨、雪等時，發生光散射現象，前散射光會通過透鏡匯聚並被傳感器接收，傳感器把接收到的光信號轉換成電信號。通過放大器電路和運算電路，計算出能見度值。如圖5、圖6所不,溫溼度檢測器50包括防護罩501、設於防護罩501內的溼敏電容、以及與溼敏電容電連接的轉換電路，轉換電路上引出有通信電纜502，通信電纜502經RS485/232轉換接頭連接到外部計算機設備，溼敏電容由玻璃底襯503、下電極504、溼敏材料組件505、上電極506組成，溼敏材料組件505位於上電極506和下電極504之間，並於上電極506和下電極504串聯，玻璃底襯503位於下電極504底部。上、下電極與溼敏材料組件構成的兩個電容成串聯連接，溼敏材料組件是一種高分子聚合物，它的介電常數隨著環境的相對溼度變化而變化。當環境溼度發生變化時，溼敏元件的電容量隨之發生改變，即當相對溼度增大時，溼敏電容量隨之增大，反之減小(電容量通常在48 56pf間)。傳感器的轉換電路把溼敏電容變化量轉換成電壓量變化，對應於相對溼度O 100%RH的變化，傳感器的輸出呈O Iv的線性變化。技術指標:
溫度測量範圍:-40-75°C溼度測量範圍:0-100%RH 溫度測量精度:± 0.1 °C溼度測量精度:土 0.1%RH
溫度解析度:0.0rC溼度解析度:0.03%RH
溫度工作電壓:12VDC溼度工作電壓:12VDC
輸出信號:RS232/485/422可選 輸出信號:RS232/485/422可選。如圖7所示，風向風速檢測器60包括傳感器底座601，傳感器底座601上部安裝有風速感應器602，風速感應器602通過金屬管603連接有風向感應器604，風向感應器604上設有指北紅點605，風向感應器604上端部連接有轉杆606，轉杆606 —端設有風向標607，另一端設有平衡錘608，風速感應器602上端設有風杯609，金屬管603內穿設有有通信電纜610，通信電纜610 —端連接到風向感應器604，另一端連接到風速感應器602。風速風向檢測器測量超聲波從N傳感器到S傳感器傳輸時間，並與S傳感器到N傳感器的時間相比較。同理比較超聲波從W到E的時間和E到W的時間。通過計算兩點間時間差就可以計算出風速和風向，這種計算方法和其他因素無關如溫度等。如圖8所示，紅外線遙感路面測溫器70包括光電探測器701，光電探測器701連接有信號放大器及處理模塊702，信號放大器及處理模塊702連接有顯示輸出模塊703，光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電信號，該信號再經換算轉變為被測目標的溫度值。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種氣象監測系統，其特徵在於:包括用於採集各類檢測器的數據採集器，所述數據採集器將檢測器得到的信號處理通過通訊設備傳送到指揮中心站，所述數據採集器採用交流供電和蓄電池智能供電兩種方式，所述數據採集器通過RS485接口分別連接有雨量雪量檢測器、能見度檢測器、溫溼度檢測器、風向風速檢測器及紅外線遙感路面測溫器，對高速公路上沙塵、霧，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行數據採集和分析，然後將分析結果上傳給指揮中心站以實現對現場實際情況進行實時監控。
2.根據權利要求1所述的氣象監測系統，其特徵在於:所述的數據採集器包括數據採集模塊、液晶顯示模塊及輸入防雷模塊，所述液晶顯示模塊通過接口連接到數據採集模塊，所述液晶顯示模塊顯示數據採集模塊的運行狀態，和採集的數據信息，所述輸入防雷模塊通過數據採集線連接到數據採集模塊。
3.根據權利要求1所述的氣象監測系統，其特徵在於:所述雨量雪量檢測器包括外筒、底盤、翻鬥及支架，所述外筒安裝於底盤上，所述底盤底部設有出水口，所述支架設於外筒內，所述外筒上端設有雨雪接收器，所述雨雪接收器正下方位於外筒內的支架上設有過濾鬥，所述翻鬥安裝於支架上，並位於過濾鬥下方，所述翻鬥上連接有通信電纜，所述通信電纜連接到數據採集器。
4.根據權利要求1所述的氣象監測系統，其特徵在於:所述能見度檢測器包括探測單元和控制器單元，所述控制器單元控制探測單元工作，並將探測單元採集的信號傳送到數據採集器，所述探測單元包括相對設置的光源發射模塊和光源接收模塊，所述控制器單元具有模擬/數字接口。
5.根據權利要求1所述的氣象監測系統，其特徵在於:所述溫溼度檢測器包括防護罩、設於防護罩內的溼敏電容、以及與溼敏電容電連接的轉換電路，所述轉換電路上引出有通信電纜，所述通信電纜經RS485/232轉換接頭連接到外部計算機設備，所述溼敏電容由玻璃底襯、下電極、溼敏材料組件、上電極組成，所述溼敏材料組件位於上電極和下電極之間，並於上電極和下電極串聯，所述玻璃底襯位於下電極底部。
6.根據權利要求1所述的氣象監測系統，其特徵在於:所述風向風速檢測器包括傳感器底座，所述傳感器底座上部安裝有風速感應器，所述風速感應器通過金屬管連接有風向感應器，所述風向感應器上設有指北紅點，所述風向感應器上端部連接有轉杆，所述轉杆一端設有風向標，另一端設有平衡錘，所述風速感應器上端設有風杯，所述金屬管內穿設有有通信電纜，所述通信電纜一端連接到風向感應器，另一端連接到風速感應器。
7.根據權利要求1所述的氣象監測系統，其特徵在於:所述紅外線遙感路面測溫器包括光電探測器，所述光電探測器連接有信號放大器及處理模塊，所述信號放大器及處理模塊連接有顯示輸出模塊。
全文摘要
一種氣象監測系統，涉及氣象監測設備技術領域，包括用於採集各類檢測器的數據採集器，所述數據採集器將檢測器得到的信號處理通過通訊設備傳送到指揮中心站，所述數據採集器採用交流供電和蓄電池智能供電兩種方式，所述數據採集器通過RS485接口分別連接有雨量雪量檢測器、能見度檢測器、溫溼度檢測器、風向風速檢測器及紅外線遙感路面測溫器，對高速公路上沙塵、霧，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行數據採集和分析，然後將分析結果上傳給指揮中心站以實現對現場實際情況進行實時監控。本發明檢測項目全，能夠對霧、沙塵，能見度參數，路面溫度，風向風速，雨雪量要素進行實時檢測。
文檔編號G08C19/00GK103197358SQ20131014107
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者陳兵, 王道清 申請人:安徽中瑞電氣技術有限公司