L_AWS01自動氣象站技術(shù)白皮書

1、山東樂通達(dá)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司L-AWS01自動氣象站技術(shù)白皮書發(fā)布日期： 2014.10 實(shí)施日期：變更履歷類別 N：新建 M：維護(hù) 序號版本日期類別維護(hù)者審批者維護(hù)紀(jì)要11.02014-10-11N藺長軍目 錄第1章 概述11.1 引言11.1.1 定義11.1.2 原理11.1.2 結(jié)構(gòu)21.2 國內(nèi)現(xiàn)狀21.2.1發(fā)展概況21.2.2 面臨的主要行業(yè)問題31.2.3 面臨的主要應(yīng)用問題31.3 國外現(xiàn)狀31.4 自動氣象站的發(fā)展前景4第2章 公司簡介52.1 公司概況52.2 公司特點(diǎn)52.2.1 技術(shù)優(yōu)勢52.2.2 注重合作62.2.3 追求創(chuàng)新62.3 售后服務(wù)6第3章 L-AWS

2、01自動氣象站83.1系統(tǒng)概述83.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)83.1.2設(shè)計(jì)原則93.1.3總體架構(gòu)103.1.4系統(tǒng)接口103.1.5組網(wǎng)圖113.1.6開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境113.2 主要功能133.3 系統(tǒng)特點(diǎn)143.4 硬件系統(tǒng)配置原則163.4.1智能網(wǎng)關(guān)163.4.2 空氣溫濕度傳感器183.4.3 CO2濃度傳感器193.4.4 土壤濕度傳感器193.4.5 風(fēng)速傳感器203.4.6 風(fēng)向傳感器213.4.7 雨量傳感器223.4.8 總輻射傳感器233.4.9 光照強(qiáng)度傳感器233.4.10 信號線路避雷器243.4.11通信線纜253.4.12電源線纜25LOTTON_AWS自動氣象站技術(shù)白

3、皮書 樂通達(dá)軟件第1章 概述1.1 引言 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)和材料科學(xué)的逐步發(fā)展，許多新技術(shù)都應(yīng)用到氣象觀測自動化中，這大大提高了氣象傳感器的探測精度和可維護(hù)性。因此，有必要了解當(dāng)前國際自動氣象站和氣象傳感器方面的最新發(fā)展和動態(tài)，為我國自動氣象站及氣象傳感器技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。1.1.1 定義自動氣象站：是指能按設(shè)定的要求，對多種氣象要素自動進(jìn)行采集、處理、存儲和傳輸?shù)牡孛鏆庀笥^測設(shè)備，可以減少觀測人員的地面觀測工作量，提高觀測時(shí)效和質(zhì)量。自二十世紀(jì)八十年代以來，芬蘭、美國、日本等許多國家的地面氣象觀測網(wǎng)中就已普遍采用了自動氣象站。1999年7月，我國引進(jìn)芬蘭VAISALA公

4、司的5套自動氣象站投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，這是我國首次將自動氣象站作為正式觀測使用，標(biāo)志著我國地面氣象觀測進(jìn)入了一個(gè)新的里程。同時(shí)，我國也加快了自行研制生產(chǎn)自動氣象站的步伐，第一批于2000年1月1日起正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。目前，我國已普遍使用自動遙測氣象站，實(shí)現(xiàn)了人工氣象站與自動氣象站的聯(lián)合觀測。1.1.2 原理氣象站一般由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、主控微機(jī)、顯示打印系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等部分組成，傳感器包括有溫濕度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器和降水傳感器等。自動氣象站將各要素傳感器所測要素的量值以各種電信號（模擬信號和數(shù)字信號）的形式傳入或數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)采集器采集各傳感器信號，并對信號進(jìn)行處理，通過一根通訊

5、電纜與主控機(jī)進(jìn)行通訊；主控微機(jī)接收數(shù)據(jù)采集器傳送來的數(shù)據(jù)信號，并通過終端軟件按地面氣象觀測規(guī)范的要求，實(shí)施地面氣象觀測業(yè)務(wù)工作。1.1.2 結(jié)構(gòu)自動氣象站應(yīng)最大程度地保證自動運(yùn)行以減少維護(hù)費(fèi)用和人力資源。因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分注意模塊化和擴(kuò)展性。若有額外的傳感器需要加入，只需要將新的傳感器插入自動氣象站而不需要改變已經(jīng)存在的硬件結(jié)構(gòu)。并且任何硬件模塊都應(yīng)是可升級的，以適應(yīng)儀器將來的擴(kuò)展。目前，我國所使用的自動氣象站都屬于集中式，結(jié)構(gòu)封閉；國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的傳感器獨(dú)立性不強(qiáng)，互換性差；為了保證集中式自動氣象站觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每次維修或更換傳感器都要重新校準(zhǔn)標(biāo)定，且必須整機(jī)進(jìn)行，使得校標(biāo)過程過于復(fù)雜

6、。對于這些弊端，基于總線制分布式或網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)的自動氣象站可以很好地解決，成為自動氣象站發(fā)展的趨勢之一。分布式自動氣象站里所采用的智能傳感器不同于普通的氣象傳感器，區(qū)別在于智能傳感器不是輸出電信號，而是將電信號經(jīng)過信號變換、采樣計(jì)算，直接輸出我們所需要的氣象數(shù)據(jù)，一個(gè)智能傳感器就相當(dāng)于一個(gè)一體化的單要素自動站。分布式自動氣象站所謂的“分布”，一方面是指硬件設(shè)備不是集中在一起，而是分散在一個(gè)相對廣泛的區(qū)域里，通過一條數(shù)據(jù)總線把各個(gè)部件連接起來；另一方面是指硬件各部分相對獨(dú)立，數(shù)據(jù)采集分散在各個(gè)智能傳感器里面?？偩€控制器負(fù)責(zé)提供現(xiàn)場總線（RS485或CAN總線），分布在不同區(qū)域里的各種智能傳感器都可

7、以通過該總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀1.2.1發(fā)展概況當(dāng)前國內(nèi)有多個(gè)廠家生產(chǎn)自動氣象站，如北京華創(chuàng)升達(dá)高科技發(fā)展中心和天津氣象儀器廠的CAWS 系列、長春氣象儀器廠的DYYZ II系列、江蘇無線電研究所的ZQZ_C II系列、廣東省氣象技術(shù)裝備中心的ZDZ II型和北京阿斯曼科技發(fā)展公司的ASM、XYZ系列。其中CAWS600、XYZ06以及機(jī)場地面氣象觀測自動化系統(tǒng)在軍隊(duì)和地方臺站得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。1.2.2 面臨的主要行業(yè)問題自動氣象站在我國已運(yùn)行多年，氣象工作者積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)許多問題。傳統(tǒng)自動氣象站的結(jié)構(gòu)為集中式，數(shù)據(jù)采集器必須與具體的傳感器匹配，系統(tǒng)開

8、放性不高，不適用于氣象傳感器的替換或增加。盡管國產(chǎn)的自動氣象站發(fā)展迅速，但氣象傳感器的技術(shù)水平較低，距世界先進(jìn)水平還有一定的差距。由此可見，要進(jìn)一步提升我國地面氣象觀測的自動化水平，升級自動氣象站和提升國產(chǎn)傳感器的生產(chǎn)水平是關(guān)鍵。在對自動氣象站進(jìn)行改造和升級換代時(shí)，應(yīng)當(dāng)以豐富的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以實(shí)際業(yè)務(wù)需求為參考，研制國際領(lǐng)先的自動氣象站和氣象傳感器。1.2.3 面臨的主要應(yīng)用問題綜合氣象站在國內(nèi)的使用情況總結(jié)如下：一、大部分自動氣象站采用集中式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開放性不高，不同型號的傳感器對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)采集器，各廠家之間標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。維修或增加傳感器都必須對自動氣象站重新進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定，過程復(fù)雜，不符合我國

9、氣象發(fā)展戰(zhàn)略研究中“綜合氣象觀測系統(tǒng)工程”的發(fā)展要求。二、國產(chǎn)自動氣象站所采用的氣象傳感器主要依賴進(jìn)口，受技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝的限制，國產(chǎn)傳感器的準(zhǔn)確性、可靠性較差。觀測項(xiàng)目僅限于傳統(tǒng)的溫、壓、濕、風(fēng)和降水等六要素，云、能見度、降水現(xiàn)象等氣象要素急需要納入自動氣象站的觀測項(xiàng)目。三、國產(chǎn)自動氣象站所采用的數(shù)據(jù)采集器大多與相應(yīng)的自動氣象站配套使用，當(dāng)需要擴(kuò)充自動氣象站觀測功能，增加新的氣象要素傳感器時(shí)，不能直接進(jìn)行升級，必須更換，從而造成重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。1.3 國外現(xiàn)狀目前全世界的70多個(gè)國家和20多個(gè)地區(qū)和組織基本上都是使用芬蘭VAISALA公司的氣象產(chǎn)品進(jìn)行氣象觀測，自動氣象站也不例外。VA

10、ISALA公司自動氣象站的代表系列是MAWS系列，目前在全球的大多數(shù)國家和地區(qū)使用的是MAWS201系列，該系列現(xiàn)已發(fā)展到了MAWS301、MAWS410系列。與國產(chǎn)自動氣象站相比，國外的自動氣象站和氣象傳感器具有如下特點(diǎn)：氣象傳感器技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品精確性和穩(wěn)定性優(yōu)越，除基本的六要素傳感器外，土壤和水的溫度、太陽輻射、土壤濕度、能見度、云等要素的傳感器已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。自動氣象站可以根據(jù)用戶的不同需求增減傳感器的種類和數(shù)量，實(shí)際操作簡便。采用通用的數(shù)據(jù)傳輸格式，用戶能自由配置數(shù)據(jù)的輸出格式?；緷M足世界各國各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要。自動氣象站采用良好的防護(hù)措施，能夠適用于各種復(fù)雜環(huán)境。在裝備使用的

11、機(jī)動性、操作的便捷性、維修的快捷性、惡劣環(huán)境的適應(yīng)性等方面都做得較好。盡管國外自動氣象站和傳感器性能優(yōu)越，但是通過進(jìn)口自動氣象站在中國長期運(yùn)行的情況來看，其硬件和軟件的表現(xiàn)都不盡如人意。這是因?yàn)閲庾詣託庀笳镜慕Y(jié)構(gòu)、傳感器和軟件等都是針對當(dāng)?shù)氐木唧w情況設(shè)計(jì)的，并不完全符合我國的實(shí)際情況。1.4 自動氣象站的發(fā)展前景通過對國內(nèi)外自動氣象站現(xiàn)狀的分析可以看到，盡管目前國內(nèi)的自動氣象站基本能滿足氣象業(yè)務(wù)的需要和環(huán)境的要求，但存在不足和缺陷也較大。必須充分認(rèn)識到我國氣象觀測水平與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有較大的差距，為了滿足不斷提高的氣象觀測需求，提高我國氣象觀測事業(yè)的整體水平，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展新一代自動氣象站，

12、對氣象傳感器、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使我國的新一代自動氣象站能夠進(jìn)入世界一流的行列。第2章 公司簡介2.1 公司概況山東樂通達(dá)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司成立于2014年5月，是一家以物聯(lián)網(wǎng)為依托，集研發(fā)、種植、實(shí)施、服務(wù)和運(yùn)營于一體的創(chuàng)新型高新技術(shù)企業(yè)。樂通達(dá)于2015年底通過雙軟認(rèn)證，獲得軟件產(chǎn)品登記證書和軟件企業(yè)稱號，是山東省第一批重點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、山東省物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會常務(wù)理事單位、山東省信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會常務(wù)理事單位、山東省信息安全專業(yè)委員會成員單位。樂通達(dá)自成立之日起，一直致力于通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)支撐智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的開拓和發(fā)展。已經(jīng)成功開發(fā)出了樂通達(dá)溫室智能控制系統(tǒng)、樂通達(dá)智慧

13、農(nóng)場人員精細(xì)化管理系統(tǒng)、樂通達(dá)智慧農(nóng)場生產(chǎn)管理系通、樂通達(dá)氣象信息智能監(jiān)測系統(tǒng)等軟件產(chǎn)品；同時(shí)開發(fā)出了空氣溫濕度傳感器、土壤水分傳感器、CO2傳感器、小型氣象站、智能網(wǎng)關(guān)以及終端控制器等硬件產(chǎn)品。樂通達(dá)智慧農(nóng)業(yè)整體解決方案涵蓋了有機(jī)果疏、禽畜養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食用菌、現(xiàn)代果園、大田種植等農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)的絕大部分領(lǐng)域，目前，公司與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所、山東大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)等多家科研院所建立起永久戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，以“樂通達(dá)物聯(lián)天下”為最終目標(biāo)，以圓夢中國農(nóng)業(yè)科技現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智慧化為己任，立足山東，面向全國，拓展海外，逐步向現(xiàn)代化科技集團(tuán)邁進(jìn)。2.2 公司特點(diǎn)2.2.1 技術(shù)優(yōu)勢我司雖然初

14、建，但是招聘了一批資深的軟、硬件研發(fā)工程師，整個(gè)團(tuán)隊(duì)在軟、硬件產(chǎn)品的研發(fā)上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，從需求分析、設(shè)計(jì)開發(fā)、測試部署到運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)研發(fā)階段，都由技術(shù)能力過硬的技術(shù)骨干擔(dān)任負(fù)責(zé)人，從而從本質(zhì)上保障了產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)勢。在項(xiàng)目管理上采用項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制，負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)研發(fā)和實(shí)施管理，保障產(chǎn)品研發(fā)過程嚴(yán)格遵循ISO9001:2000質(zhì)量管理體系。因此，公司具備了一流的軟、硬件產(chǎn)品的研發(fā)實(shí)力和項(xiàng)目管理能力。在此基礎(chǔ)上，我司繼續(xù)從人力、物力和財(cái)力上加大對新產(chǎn)品研發(fā)的投入，擴(kuò)大研發(fā)規(guī)模，做產(chǎn)品更加專注，更加求精，力求智造出一批國內(nèi)外知名的軟、硬件產(chǎn)品。2.2.2 注重合作長期以來（經(jīng)營了其它三家公司

15、），我公司一直強(qiáng)調(diào)和客戶共同發(fā)展，與客戶建立了良好的合作伙伴關(guān)系。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：² 注重用戶需求我司一直把滿足用戶的需求作為產(chǎn)品研發(fā)的最終目標(biāo)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前、設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中，強(qiáng)調(diào)注重細(xì)節(jié)，充分調(diào)查分析用戶提出的所有需求，并予以實(shí)現(xiàn)。² 項(xiàng)目實(shí)施過程中注重用戶的參與在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，我們積極提倡用戶自始至終參與項(xiàng)目實(shí)施，而且這種參與是自上而下的參與。² 注重售后服務(wù)我司有強(qiáng)大的產(chǎn)品維護(hù)和支持團(tuán)隊(duì)，并以客戶至上的理念不斷服務(wù)于客戶，公司產(chǎn)品完全按照ISO9001質(zhì)量管理體系開發(fā)，有規(guī)范的維護(hù)流程和一流的技術(shù)服務(wù)來保障產(chǎn)品的可靠運(yùn)行和持續(xù)升級。2.2.3

16、追求創(chuàng)新創(chuàng)新是決定一個(gè)企業(yè)經(jīng)營成敗、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，是企業(yè)效益增長取之不盡的源泉。正是基于對創(chuàng)新的深刻理解，在激烈的市場競爭中，我司通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新求得自身的生存和發(fā)展，在創(chuàng)新中不斷發(fā)展壯大自己的企業(yè)。在產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)工藝、市場銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)提倡主動創(chuàng)新精神，在提高企業(yè)創(chuàng)新能力的同時(shí)，有效提升產(chǎn)品的綜合競爭能力。2.3 售后服務(wù)秉承山東樂通達(dá)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司服務(wù)理念，我們本著“一切追求高質(zhì)量，用戶滿意為宗旨”的精神，為客戶提供全面、優(yōu)質(zhì)、到位的售后服務(wù)。我們的目標(biāo)是：優(yōu)質(zhì)、高效、客戶滿意100%。我司鄭重承諾提供如下服務(wù)：一、所有項(xiàng)目或者產(chǎn)品提供一年的7x24小時(shí)免費(fèi)保修服務(wù)和技術(shù)支持

17、，保修期自項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)間起計(jì)算；二、自簽訂合同后20個(gè)工作日內(nèi)備齊系統(tǒng)設(shè)備；按與用戶協(xié)商要求，在協(xié)商規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成設(shè)備的安裝、調(diào)試；三、項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)，我司確保用戶掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和簡單維護(hù)的相關(guān)知識，并由用戶在培訓(xùn)項(xiàng)目書上簽字確認(rèn)；四、在質(zhì)保期內(nèi)我司對使用客戶免費(fèi)提供售后服務(wù)技術(shù)支持，質(zhì)保期后終身服務(wù)收取基本成本費(fèi)；五、接到用戶的維修維護(hù)請求后30分鐘內(nèi)響應(yīng)，需要到現(xiàn)場時(shí)，我司12小時(shí)內(nèi)派遣技術(shù)人員赴現(xiàn)場提供維護(hù)服務(wù)；設(shè)立維護(hù)熱線為用戶提供7*24響應(yīng)。如果設(shè)備故障在檢修8小時(shí)后仍無法排除，我司在24小時(shí)內(nèi)提供不低于故障設(shè)備規(guī)格型號檔次的備用設(shè)備供用戶使用，直至故障設(shè)備修復(fù)；六、我司對產(chǎn)品系統(tǒng)提供終身

18、的技術(shù)支持服務(wù)，7*24小時(shí)為客戶提供電話、傳真、基于WEB和E-mail的技術(shù)支持，為用戶提出解決問題的答案，提出技術(shù)指導(dǎo)；七、在項(xiàng)目實(shí)施完畢并驗(yàn)收后，我司將不定期電話回訪，每年至少3到6次巡回檢查，定期對用戶系統(tǒng)進(jìn)行巡回檢修服務(wù)，到用戶現(xiàn)場進(jìn)行系統(tǒng)檢查、提供專業(yè)咨詢等服務(wù)。 第3章 L-AWS01自動氣象站3.1系統(tǒng)概述L-AWS01自動氣象站可以廣泛應(yīng)用于氣象觀測、水文水利、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域，為各種災(zāi)變預(yù)警、預(yù)報(bào)提供決策支持。 L-AWS01是一種新型全自動觀測、緩存和變送氣象數(shù)據(jù)的小氣候觀測設(shè)備，它隨著觀測環(huán)境的氣象變化，各附屬傳感器的感應(yīng)元件將相應(yīng)的氣象參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信

19、號（比如電壓、電流、頻率等 ），數(shù)據(jù)處理模塊對電信號進(jìn)行預(yù)處理、放大、A/D轉(zhuǎn)換等操作，最終得出各個(gè)氣象要素?cái)?shù)據(jù)，然后通過TCP/IP或者GPRS把采集數(shù)據(jù)上傳到氣象監(jiān)控中心，同時(shí)在本地實(shí)時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)及其變化。如果通訊出現(xiàn)異常，則通過緩存機(jī)制進(jìn)行處理。L-AWS01硬件由高精度的樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)、光伏供電系統(tǒng)、一體化通訊系統(tǒng)、各類傳感器、避雷設(shè)備、支架及其附件組成，軟件由上位機(jī)軟件和網(wǎng)元控制軟件組成，可在無人值守的惡劣環(huán)境下全天候全自動正常運(yùn)行。可以組成中尺度氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)L-AWS01自動氣象站作為子站，向氣象監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)。L-AWS01自動氣象站提供的觀測要素包括：環(huán)境溫濕度、C

20、O2、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓力、太陽總輻射、雨量、雨雪、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等氣象指標(biāo)。3.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)對綜合氣象觀測提出了更高的要求，目前現(xiàn)有自動氣象站在觀測能力上存在著嚴(yán)重不足，同時(shí)技術(shù)落后，功能規(guī)格不統(tǒng)一，致使型號繁多。當(dāng)今現(xiàn)代電子測量和控制技術(shù)得到快速發(fā)展，我國近十年來地面氣象觀測站網(wǎng)大量使用自動氣象站和自動氣候站考核取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)具備多功能、全要素、統(tǒng)一型號的第二代自動氣象站提供基礎(chǔ)。自動氣象站的主要設(shè)計(jì)依據(jù)包括：表3-1 遵循的行業(yè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編 號名 稱氣發(fā) 2007/477中國氣象局關(guān)于發(fā)展現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的意見QX/TXXX2005地面氣象觀測規(guī)范-中

21、國氣象局ET AWS-4自動氣象站質(zhì)量控制程序指南WMO CIMO氣象儀器和觀測方法指南（第六版）HGT 20636-1998自控專業(yè)設(shè)計(jì)管理規(guī)定HGT 20637-1998自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)文件的編制規(guī)定GB/T 14429-93遠(yuǎn)程設(shè)備及系統(tǒng)GA/T 75-94安全防范工程程序與要求GB 50348-2004安全防范工程技術(shù)規(guī)范BG 50093-2002  自動化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GB500571994 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000年版）QX42000氣象臺（站）防雷技術(shù)規(guī)范IEC 364-4-41保護(hù)接地和防雷接地標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.310BASE-T 以太網(wǎng)接口

22、標(biāo)準(zhǔn)GB  50254-96 電氣裝置工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GB 2887-2011計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范JBT 8207-1999工業(yè)自動化儀表用電源電壓JBT 9269-1999工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安裝環(huán)境條件注：系統(tǒng)中的其它軟、硬設(shè)備符合國家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定3.1.2 設(shè)計(jì)原則在“技術(shù)先進(jìn)、功能完善、性能穩(wěn)定、安全可靠、操作方便、擴(kuò)展方便、性價(jià)比高”的設(shè)計(jì)目標(biāo)下，選用成熟的經(jīng)過時(shí)間檢驗(yàn)的設(shè)備和工藝以滿足用戶對系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、適用性和實(shí)用性，力求選用代表當(dāng)今科技水平，適合用戶且實(shí)用的設(shè)備，使設(shè)計(jì)的設(shè)備操作方便、快速、高效，軟件界面簡潔，使領(lǐng)導(dǎo)層、管理層能

23、從系統(tǒng)上及時(shí)了解各類信息。遵循的主要原則：² 實(shí)用性系統(tǒng)選用的主要技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)該具有成熟、穩(wěn)定、實(shí)用的特點(diǎn)，并充分滿足應(yīng)用、技術(shù)開發(fā)及信息管理的需要；所采用的產(chǎn)品均選用著名廠商的主流產(chǎn)品，廠商有豐富備件支持；而且以當(dāng)前需要為出發(fā)點(diǎn)，并充分考慮到長遠(yuǎn)發(fā)展。² 先進(jìn)性和成熟性計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展日新月異，要想使當(dāng)前建設(shè)的系統(tǒng)工程在今后十幾年內(nèi)保持其先進(jìn)性是不現(xiàn)實(shí)的，而且要追求新、奇、特的配置將會加大投資總量。在設(shè)計(jì)中，我們依據(jù)先進(jìn)性與成熟性并重的原則，考慮到近年來的發(fā)展特點(diǎn)，把先進(jìn)性放在重要位置。² 安全性和可靠性系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。鑒于網(wǎng)絡(luò)中

24、信息的重要性，要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要有較高的可靠性和安全性。要適當(dāng)考慮關(guān)鍵設(shè)備的冗余和容錯(cuò)能力，具有完善的網(wǎng)管系統(tǒng)。要確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，以及為防止異常情況所必須的保護(hù)性設(shè)施，保證數(shù)據(jù)不因意外情況而丟失和損壞，采取多種檢查和處理手段，防止非授權(quán)訪問。防止電腦病毒與惡意攻擊破壞，確保網(wǎng)絡(luò)可靠、安全的運(yùn)行。² 開放性和標(biāo)準(zhǔn)性嚴(yán)格按照國家和國際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，并采用滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?；陂_放式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)平臺，支持多種現(xiàn)今流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。使全系統(tǒng)的硬件環(huán)境、通信環(huán)境、軟件環(huán)境、操作平臺之間的相互制約和影響減至最小。² 可維護(hù)性整個(gè)系統(tǒng)是由多種設(shè)備組成

25、的系統(tǒng)，因此我們在推薦產(chǎn)品時(shí)著重考慮所選產(chǎn)品要具有良好的可管理性和可維護(hù)性。² 性價(jià)比高仔細(xì)分析、討論用戶需求，力求設(shè)計(jì)緊貼需求，在設(shè)計(jì)上尋求最佳的性能價(jià)格比。做到少花錢，多辦事。在提高系統(tǒng)性能的前提下，降低總成本。3.1.3 總體架構(gòu)L-AWS01自動氣象站可以靈活地組織區(qū)域氣象觀測網(wǎng)絡(luò)，采用分布式部署，集中控制的總體布局。本地氣象站可以看成一個(gè)分布式局域物聯(lián)網(wǎng)，樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)和各類傳感器組成C/S模式；而在全局上看，每個(gè)子氣象站和氣象監(jiān)控中心也組成C/S模式。因此，本系統(tǒng)是一個(gè)多層架構(gòu)體系。3.1.4 系統(tǒng)接口² 樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)通過RS485與各類傳感器通信，實(shí)時(shí)采集氣

26、象數(shù)據(jù)；² 樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)和氣象監(jiān)控中心采用GPRS無線通信或者TCP/IP通信；² 氣象監(jiān)控中心上位機(jī)軟件通過ADO.NET訪問數(shù)據(jù)庫；² 用戶和上位機(jī)軟件通過UI進(jìn)行交互。3.1.5 組網(wǎng)圖圖3-1 自動氣象站組網(wǎng)圖3.1.6 開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境表3-2 軟件開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)軟件數(shù)量備注L-AWS自動氣象站配套軟件應(yīng)用管理服務(wù)器操作系統(tǒng)1Windows Server 2008標(biāo)準(zhǔn)版（雙機(jī)熱備時(shí)增加一套）客戶端操作系統(tǒng)1Windows XP SP3、IE6.0及以上應(yīng)用管理服務(wù)器開發(fā)平臺1VS 2012(C#) .NET4.0 JS數(shù)據(jù)采集終端開發(fā)平臺1VS 20

27、12(C+)圖形展現(xiàn)開發(fā)平臺1EASY_UI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2SQL Server 2005/及以上 Work Group版/標(biāo)準(zhǔn)版表3-3硬件設(shè)備要求系統(tǒng)設(shè)備名稱推薦配置數(shù)量備注L-AWS自動氣象站硬件設(shè)備應(yīng)用管理服務(wù)器內(nèi)存至少為4G DDR2ECC，12M二級緩存，硬盤3×73G SASRaid5，雙千兆以太網(wǎng)口，PCI-X插槽，Xeon E5530 2.4G四核CPU，雙電源(UPS)，安裝分區(qū)剩余空間不能小于20GB，磁盤剩余空間不能小于100G。2一臺用于雙機(jī)熱備同時(shí)部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)Arm920T 400MHz，RAM 128MB，F(xiàn)LASH128MB

28、，網(wǎng)口2個(gè)，RS485口兩個(gè)，RS232三個(gè)，PCI-E接口兩個(gè)，LVDS輸出，VGA輸出。1客戶端PC內(nèi)存為4G，160GB硬盤，百兆網(wǎng)卡，CPU為Core2 E4300，1.8G。1可根據(jù)實(shí)際需求增加客戶端PCGPRS無線通訊控制器1外購空氣溫濕度傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備CO2傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備大氣壓力傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備土壤溫濕度傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備光照強(qiáng)度傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備總輻射傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備風(fēng)速傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備風(fēng)向傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備雨量傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備雨雪傳感器若干樂通達(dá)自有設(shè)備避雷設(shè)備1套外購供電設(shè)備1套外購支架及其附件1套樂通達(dá)

29、自有設(shè)備各種通訊線纜若干外購3.2 主要功能² 本地動態(tài)顯示樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)將采集到的氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD屏上，現(xiàn)場工作人員可以隨時(shí)查看當(dāng)前的氣象信息。 圖3-2 自動氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測界面² 實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境的氣象要素，包括空氣溫濕度、CO2濃度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、光照強(qiáng)度、土壤溫濕度、總輻射、大氣壓力等參數(shù)以及各類傳感器的運(yùn)行狀態(tài)。² 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸氣象站野外作業(yè)，考慮到數(shù)據(jù)的安全性，樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)將氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心，統(tǒng)一存儲管理。采用心跳來保證數(shù)據(jù)安全發(fā)送，采用緩存機(jī)制來保證數(shù)據(jù)在一定時(shí)期內(nèi)不會丟失。² 查詢打印Ø 查

30、詢方式提供多種查詢方式，包括：綜合查詢、時(shí)間段查詢、時(shí)間點(diǎn)查詢等等。Ø 查詢目標(biāo)可以查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警信息、環(huán)境參數(shù)、日志信息等等。Ø 數(shù)據(jù)顯示根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用多種顯示方式，例如：圖形、圖標(biāo)或者歷史曲線等等。Ø 統(tǒng)計(jì)打印可以按年月日等時(shí)間單位將監(jiān)測數(shù)據(jù)加以統(tǒng)計(jì)，找出任意時(shí)間段的最大值、最小值、平均值等信息，并進(jìn)行打印，必要時(shí)按照Excel表格式導(dǎo)出。² 系統(tǒng)管理Ø 用戶管理包括：系統(tǒng)管理員、操作員和普通用戶三種用戶類型。Ø 用戶權(quán)限根據(jù)不同的用戶，設(shè)置功能權(quán)限和數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)L-AWS01自動氣象站核心產(chǎn)

31、品完全由山東樂通達(dá)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司自主研發(fā)，從需求、設(shè)計(jì)、開發(fā)到維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)都完全滿足國家相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在研發(fā)過程中，把國內(nèi)外先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)當(dāng)中，并不斷創(chuàng)新，創(chuàng)造出功能先進(jìn)，質(zhì)量一流，在同類產(chǎn)品中處于絕對領(lǐng)先的產(chǎn)品。² 高度靈活的系統(tǒng)組網(wǎng)方式系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，在底層構(gòu)建本地小型局域物聯(lián)網(wǎng)，通過智能網(wǎng)關(guān)，接入系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中控制。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，既可以搭建點(diǎn)對點(diǎn)的監(jiān)控架構(gòu)，又可以組成一個(gè)中心對各站點(diǎn)的控制架構(gòu)（C/S）。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)上可以設(shè)置多個(gè)監(jiān)控工作站，用WEB方式組成多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)（B/S）。² 高度松耦合的模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)不但在

32、內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了模塊的高度松耦合性，使得模塊之間具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，這種設(shè)計(jì)模式有利于系統(tǒng)的平滑擴(kuò)展和模塊的重復(fù)使用；而且在對外接口上，也采用相對獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)，同樣大大降低了對外部系統(tǒng)的依賴性，縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)成本，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。² 高度靈活的外部接口系統(tǒng)底層與各類傳感器或者控制設(shè)備之間，可以采用通用的MODBUS協(xié)議，也可以協(xié)商采用雙方制定的私有協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。² 高度的安全性首先，對操作系統(tǒng)進(jìn)行高安全性設(shè)置，屏蔽所有不信任的網(wǎng)絡(luò)訪問；其次，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境安裝防病毒軟件和防火墻，防止網(wǎng)絡(luò)病毒的侵襲；最后，將用戶分為系統(tǒng)管理員、操作員和普通用戶三種類型，并為其設(shè)置相

33、應(yīng)的權(quán)限。其中，操作員根據(jù)角色的不同，進(jìn)一步細(xì)化對不同模塊的操作權(quán)限。無論用戶訪問系統(tǒng)或者系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，都必須經(jīng)過權(quán)限驗(yàn)證才能訪問，這樣就進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的安全性。² 專業(yè)打造智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)溫室地理環(huán)境條件的不同，溫室內(nèi)部或者溫室與監(jiān)控中心之間就會采用不同適用的通訊方式。因此，統(tǒng)一的、多接口的樂通達(dá)智能網(wǎng)關(guān)就應(yīng)運(yùn)而生了。² 防護(hù)等級根據(jù)溫室內(nèi)部的環(huán)境條件，樂通達(dá)自行研制的傳感設(shè)備或者控制設(shè)備，其防護(hù)等級都達(dá)到IP65級以上，外購傳感器也必須滿足這一技術(shù)要求。² 高抗干擾和防雷設(shè)計(jì)工控對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求，滿足農(nóng)業(yè)環(huán)境現(xiàn)場要求，安裝方便簡單，溫室內(nèi)各種帶電設(shè)備

34、采用統(tǒng)一防雷措施，系統(tǒng)配備高安全性的防雷設(shè)備。² 數(shù)據(jù)傳輸無線數(shù)據(jù)傳輸方面采用2.4G射頻技術(shù)和在電磁環(huán)境下抗干擾電路設(shè)計(jì)保障，在高傳輸速率同時(shí)保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。有線傳輸采用RS485協(xié)議工業(yè)現(xiàn)場總線傳輸控制方式,再加上高可靠的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)程序保障傳輸誤碼率小于10-8。² 超低功耗傳感器使用壽命長，成本低，并且對人體安全、更健康，無輻射損害。RF模塊配置微波模塊工作方式，發(fā)射功率可調(diào)。電路板采用節(jié)能化設(shè)計(jì)方法，比同類傳感器耗電量下降了20%。² 完備的應(yīng)用技術(shù)檢測手段為了保證各類傳感器的正常工作，對于損壞的或非正常工作的傳感器，系統(tǒng)自動進(jìn)行報(bào)警，提示及時(shí)處理。3.4

35、硬件系統(tǒng)配置原則3.4.1智能網(wǎng)關(guān)表3-4 智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)參數(shù)基本參數(shù)芯片架構(gòu)ARM 920TCPU主頻400MHZRAM128MBFlash存儲128MBSD存儲卡可選硬件看門狗支持通訊接口以太網(wǎng)接口FE2路串口3路232串口2路485GPRS1路WIFI1路ZIGBEE目前不支持工業(yè)級防護(hù)隔離保護(hù)有光電隔離保護(hù)有防雷擊浪涌保護(hù)有EMCCE、FCC防抖抗震有存儲溫度-40 85工作溫度-20 60工作濕度0 95% RH供電、功耗輸入電源180250VDC(或85265VAC)功耗（瓦）10軟件規(guī)格系統(tǒng)容量(最大IO點(diǎn)數(shù))2000運(yùn)算能力(數(shù)據(jù)變化/秒)1000應(yīng)用服務(wù)多路采集/智能計(jì)算/存儲

36、與斷線緩存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和歸一化軟件平臺LOTTON IDE(遠(yuǎn)程配置中心軟件) LOTTON Monitor(網(wǎng)管平臺)外形、尺寸、安裝外殼金屬噴砂，黑色重量（KG）1.32尺寸（長X寬X高mm）220*197*44安裝方式桌面式² 主要功能與各類傳感設(shè)備和控制設(shè)備進(jìn)行通訊，并把采集結(jié)果傳送到監(jiān)控中心。同時(shí)，內(nèi)置智能分析程序，實(shí)時(shí)分析各種環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行就地控制。3.4.2 空氣溫濕度傳感器表3-5 溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)相對濕度量程099.9%RH準(zhǔn)確度±2%RH分辨率0.1%RH長期穩(wěn)定性小于0.5%RH /年響應(yīng)時(shí)間8s（靜止空氣）溫度量程-40+80分辨率0.1準(zhǔn)確度

37、77;0.3（25）長期穩(wěn)定性小于0.1/年工作環(huán)境工作環(huán)境溫度-40+80工作環(huán)境濕度099.9%RH無冷凝存儲范圍溫度060濕度小于90%RH輸入輸出工作電壓1236V DC上電時(shí)間3s溫度輸出232/485/TTL濕度輸出232/485/TTL通信協(xié)議MODBUS/私有² 主要功能：它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性，成本低、相對濕度和溫度測量、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、超長的信號傳輸距離、數(shù)字信號輸出、精確校準(zhǔn)。3.4.3 CO2濃度傳感器表3-6 CO2傳感器技術(shù)參數(shù)CO2濃度量程02000ppm準(zhǔn)確度±（30p

38、pm+測量值*3%）分辨率1ppm工作環(huán)境工作環(huán)境溫度-40+60工作環(huán)境濕度95%RH無冷凝輸入輸出工作電壓514V DC工作電流150mA重量和尺寸重量2400g尺寸180mm*240mm*40mm² 主要功能它是基于遠(yuǎn)紅外吸收原理研制而成的，適用于快速、在線測量二氧化碳濃度。傳感器選用二氧化碳最強(qiáng)的吸收帶4.26um紅外線作為吸收光度的光源，該區(qū)域可以有效避免水蒸氣的干擾。紅外線CO2分析就是通過檢測CO2對4.26um光譜的吸收來測定光合作用過程中CO2的變化量，通過特定算法就可計(jì)算出CO2濃度。3.4.4 土壤濕度傳感器表3-7 土壤濕度傳感器技術(shù)參數(shù)水分含量量程0100%

39、準(zhǔn)確度±3%互換精度小于3%重測誤差小于1%工作環(huán)境工作環(huán)境溫度-40+80工作環(huán)境濕度95%RH無冷凝硬件參數(shù)工作電壓512V DC工作電流30mA工作頻率100Mhz響應(yīng)時(shí)間小于1s測量穩(wěn)定時(shí)間2s物理參數(shù)探針長度6cm探針直徑3mm探針材料抗電解不銹鋼密封材料環(huán)氧樹脂電纜長度標(biāo)配1.5m/2m² 主要功能它由不銹鋼探針和防水探頭構(gòu)成，可長期埋設(shè)于土壤和堤壩內(nèi)使用，對表層和深層土壤進(jìn)行墑情的定點(diǎn)監(jiān)測和在線測量。與數(shù)據(jù)采集器配合使用，可作為水分定點(diǎn)監(jiān)測或移動測量的工具。3.4.5 風(fēng)速傳感器表3-8 風(fēng)速傳感器技術(shù)參數(shù)溫度量程0+60m/s啟動風(fēng)力0.40.8m/s準(zhǔn)確度

40、±2%長期穩(wěn)定性小于0.8m/s年工作環(huán)境工作環(huán)境溫度-20+55工作環(huán)境濕度35085%RH無冷凝存儲范圍溫度-2060濕度小于90%RH輸入輸出工作電壓1224V DC上電時(shí)間3s最大功耗（24V）小于300mW風(fēng)速輸出RS485通信協(xié)議MODBUS/私有物理參數(shù)重量小于0.5Kg² 主要功能用于測量風(fēng)的速度值，并轉(zhuǎn)換為電信號，此信號可直傳送到記錄設(shè)備上進(jìn)行處理?？蓮V泛運(yùn)用于工程機(jī)械（起重機(jī)、履帶吊、門吊、塔吊等）領(lǐng)域，鐵路、港口、碼頭、電廠、氣象、索道、環(huán)境、溫室、養(yǎng)殖、空氣調(diào)節(jié)、節(jié)能監(jiān)控、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、潔凈空間等領(lǐng)域風(fēng)速的測量，并輸出相應(yīng)的信號。3.4.6 風(fēng)向傳感器表3-9 風(fēng)向傳感器技術(shù)參數(shù)溫度量程0°360°啟動風(fēng)力大于0.8m/s準(zhǔn)確度±2%長期穩(wěn)定性小于±5°年工作環(huán)境工作環(huán)境溫度-20+55工作環(huán)境濕度3585%RH無冷凝存儲范圍溫度-2060濕度小于90%RH輸入輸出工作電壓1224V DC上電時(shí)間3s風(fēng)向輸出RS485通信協(xié)議MO