hy3000新型站培訓(xùn)課件-dzz5原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DZZ5新型自動(dòng)站目錄一、總體概述二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、采集系統(tǒng)四、傳感系統(tǒng)五、供電系統(tǒng)六、通訊系統(tǒng)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：一、總體概述統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一功能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計(jì)思路各部件或模塊互換自適應(yīng)形成統(tǒng)一型號(hào)1.1、總體概述新型自動(dòng)氣象站定型部件包括：主采集器系統(tǒng)+常規(guī)六要素，地溫分采集器系統(tǒng)+10層地溫傳感器，輻射分采集器。按照氣象行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，華云公司的新型自動(dòng)氣象站產(chǎn)品的型號(hào)命名為：DZZ5。公司原來(lái)型號(hào)為CAWS3000型自動(dòng)氣象站。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：1.2、發(fā)展歷程★從2003年起中國(guó)氣象局就開始醞釀新一代自動(dòng)氣象站的研發(fā)；★從2006年底至2007進(jìn)行了氣候站的考核，該類型氣候站基本上是參考美國(guó)氣候站標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；★從2007年開始確定對(duì)新型自動(dòng)站的考核工作；★在2007年底，中國(guó)氣象局確定了新型自動(dòng)站采取：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一功能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計(jì)思路從新設(shè)計(jì)新型自動(dòng)氣象站。重新編制了《新型自動(dòng)氣象站功能需求書》；★從2008年開始中國(guó)氣象局組織四個(gè)生產(chǎn)廠家，聯(lián)合重新設(shè)計(jì)新型自動(dòng)氣象站的主采集器；之后各廠家獨(dú)立完成成套產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)；★2008年10月進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試★2009年1月開始安裝，3月至10月進(jìn)行野外的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，2009年11月進(jìn)行復(fù)檢測(cè)試；★2010年1月按照新要求改進(jìn)，增加溫濕度分采集器的研制；★2010年9月～10月靜態(tài)測(cè)試；★2011年6月完成考核，并完成了新型自動(dòng)氣象站的設(shè)備定型工作。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：1.3、實(shí)際應(yīng)用一、雙套站項(xiàng)目六要素+蒸發(fā)+地溫，布設(shè)雙套站，互為備份。二、山洪泥石流監(jiān)測(cè)中多要素站主要包括：四要素～六要素站。三、區(qū)域站改造主要包括：四要素～六要素站+能見(jiàn)度等。四、業(yè)務(wù)臺(tái)站的升級(jí)改造華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：1.4、新型站的優(yōu)點(diǎn)及對(duì)比功能強(qiáng)，綜合處理能力強(qiáng)數(shù)據(jù)處理速度快，數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，采用文件系統(tǒng)存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制信息。支持多串口、多種通訊方式、支持WebServer訪問(wèn)功能等等。擴(kuò)充方便

通過(guò)外部總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)采集系統(tǒng)的隨意擴(kuò)展及裁減。常規(guī)六要素可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立標(biāo)定風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、雨量、氣壓可以實(shí)現(xiàn)脫離采集器系統(tǒng)，對(duì)傳感器獨(dú)立進(jìn)行標(biāo)定。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：1.4、新型站的優(yōu)點(diǎn)及對(duì)比華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：1.5、功耗及存儲(chǔ)要求主采集器功耗不大于2W，分采集器功耗不大于0.5W，溫濕智能測(cè)量傳感器功耗不大于0.25W。主采集器內(nèi)部存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)1小時(shí)的采樣瞬時(shí)值、7天的瞬時(shí)氣象（分鐘）值、1月的正點(diǎn)氣象要素值，以及相應(yīng)的導(dǎo)出量和統(tǒng)計(jì)量等。采集數(shù)據(jù)的外存儲(chǔ)器（卡）：以文件方式進(jìn)行存儲(chǔ)，能夠存儲(chǔ)至少6個(gè)月全要素分鐘數(shù)據(jù)，全部數(shù)據(jù)以FAT的文件方式存入，終端計(jì)算機(jī)通過(guò)通用讀卡器可方便讀取。

華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：1.6、供電要求自動(dòng)氣象站的供電電源為12V蓄電池。蓄電池的容量必須保證自動(dòng)氣象站能在脫離輔助電源的條件下連續(xù)工作7天。并在蓄電池電壓低到不足以維持符合質(zhì)量要求的觀測(cè)工作前兩天發(fā)出報(bào)警信息。個(gè)別功耗較大只適用于交流供電的傳感器或裝置（如通風(fēng)防輻射罩、直接輻射、天氣現(xiàn)象等）允許將輔助電源斷電時(shí)間減少到不小于2小時(shí)。使用市電作輔助電源的，市電電壓允許波動(dòng)范圍為220V±30%，并提供市電斷電及時(shí)報(bào)警功能。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新型自動(dòng)氣象站采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：2.1、嵌入式系統(tǒng)

在新型自動(dòng)氣象站中應(yīng)到了兩項(xiàng)比較新的技術(shù)，即：嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和外部現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)是以高性能CPU數(shù)據(jù)處理器為核心處理器，嵌入操作系統(tǒng)，配置相關(guān)的外圍組件，構(gòu)成單板電腦系統(tǒng)。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：2.1、嵌入式系統(tǒng)高性能的CPU一般是指32位CPU，包括：ARM7系列、ARM9系列以及現(xiàn)在比較新的ARMCortexM3系列或其他系列CPU等。Linux操作系統(tǒng)或WindowCE操作系統(tǒng)功能比較齊全。Linux操作系統(tǒng)是開源的可以從網(wǎng)絡(luò)上找到；WindowCE在使用時(shí)是需要付版權(quán)費(fèi)用的。外圍部件配置基本上按照標(biāo)準(zhǔn)電腦的部件配置，包括：Flash存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器、CF卡（或SD卡）存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)絡(luò)接口電路以及TCP/IP通訊協(xié)議、USB通訊端口、多個(gè)RS232/RS485串口、CAN總線。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：嵌入式采集系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：2.2、外部總線

外部總線的功能就是實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)處理控制、數(shù)據(jù)處理單元之間的數(shù)據(jù)通訊；外部總線的的電氣結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)傳輸要穩(wěn)定可靠。目前使用最多的是RS485方式和CAN總線方式，另外應(yīng)用比較多的還有SDI-12方式。兩根線差分信號(hào)方式傳輸，外部總線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、而且數(shù)據(jù)傳輸可靠，RS485和CAN總線都是采用兩根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)通訊控制協(xié)議確保數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定可靠。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：2.2.1、RS485通訊方式RS485比較通用的協(xié)議：ModBus協(xié)議RS-485標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行長(zhǎng)距離、多點(diǎn)的異步串行數(shù)據(jù)通訊。一條RS-485總線最多可以掛256個(gè)設(shè)備。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能實(shí)現(xiàn)“一主多從”的通訊方式。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：2.2.2、CAN通訊方式

CAN總線常用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議：CANOpen協(xié)議CAN總線（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)絡(luò)）帶有硬件控制器可以避免競(jìng)爭(zhēng)沖突，可以實(shí)現(xiàn)多主方式。特點(diǎn)：通訊速度快，可實(shí)現(xiàn)“多主多從”的通訊方式。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：2.2.3、SDI-12通訊方式

SDI總線(Serialdigitalinterface)是連接基于帶微處理器傳感器的標(biāo)準(zhǔn)接口，在應(yīng)用連接方面更為方便。SDI總線只使用3根線，12V電源線、電線和數(shù)據(jù)線。SDI總線的通訊距離比較近，速率比較慢。

SDI總線傳輸速率一般在1200bps，幾十米（200英尺）的通訊距離。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：三、采集系統(tǒng)CAWS3000（DZZ5）型自動(dòng)氣象站由主采集器加氣候分采集器、輻射分采集器、地溫分采集器和土壤水分分采集器構(gòu)成系統(tǒng)。

采集器之間采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

主采集器系統(tǒng)與終端計(jì)算機(jī)采用長(zhǎng)線進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通訊。

整個(gè)系統(tǒng)的供電由交流電轉(zhuǎn)+12VDC作為主電源，配蓄電池作為后備電源。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：三、采集系統(tǒng)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：三、采集系統(tǒng)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：新型自動(dòng)氣象站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及CAN通訊連接三、采集系統(tǒng)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：新型自動(dòng)氣象站的電源供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1、主采集器結(jié)構(gòu)采用ARM9架構(gòu)32位微處理器運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)加載文件系統(tǒng)。增加了一個(gè)對(duì)常規(guī)氣象要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集單元。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.1、主采集器結(jié)構(gòu)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：主采集器系統(tǒng)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2、

分采集器根據(jù)觀測(cè)內(nèi)容及需求設(shè)置分采集器。分采集器采用ARM7架構(gòu)的32位微處理器或單片機(jī)系統(tǒng)。把觀測(cè)類型相對(duì)一致的觀測(cè)要素集中到一起，由某個(gè)分采集器完成相關(guān)的數(shù)據(jù)采集。分采集器一般只完成相關(guān)的數(shù)據(jù)測(cè)量采集，并傳送給主采集器。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2分采集器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2.1、氣候觀測(cè)分采集器觀測(cè)要素包括：三只帶強(qiáng)制通風(fēng)的溫度傳感器、翻斗雨量傳感器（0.5mm的翻斗雨量）、稱重雨量傳感器（3只T200B弦振式的稱重雨量）、1.5米風(fēng)速傳感器、紅外地溫傳感器另外還包括3只強(qiáng)制通風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2.1、氣候觀測(cè)分采集器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：CAN總線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試計(jì)算機(jī)+12VDCCAWS3000-CL氣候分采集器3.2.2、輻射觀測(cè)分采集器觀測(cè)要素包括：總輻射、凈輻射、直接輻射、反射輻射、散射輻射、紫外A輻射、紫外B輻射、地面長(zhǎng)波輻射（包括腔體溫度）、大氣長(zhǎng)波輻射（包括腔體溫度）、光合有效輻射以及日照。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2.2、輻射觀測(cè)分采集器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：CAN總線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試計(jì)算機(jī)+12VDCCAWS3000-RA輻射分采集器3.2.3、地溫觀測(cè)分采集器觀測(cè)要素包括：地表溫度、草地溫度、5cm地溫、10cm地溫、15cm地溫、20cm地溫、40m地溫、80cm地溫、160cm地溫、320地溫。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2.3、地溫觀測(cè)分采集器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2.4、土壤水分觀測(cè)分采集器觀測(cè)要素包括：8層土壤水分，即：5cm、10cm、20cm、30cm、40m、50cm、100cm、180cm土壤水分觀測(cè)。華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：3.2.4、土壤水分觀測(cè)分采集器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：CAN總線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試計(jì)算機(jī)+12VDCCAWS3000-SM土壤水分分采集器3.2.5、溫濕度觀測(cè)分采集器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：溫度測(cè)量濕度測(cè)量調(diào)試串口CAN端口+12VGnd*+-R*+-RRxTxGndHL+12VGndCAWS3000-TH溫濕度分采集器CAN總線+12VDC現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試計(jì)算機(jī)溫度傳感器Pt100濕度傳感器濕敏電容四、傳感器系統(tǒng)華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：氣象要素測(cè)量原理輸出信號(hào)類型溫度鉑電阻，Pt10080～120Ω電阻濕度濕敏電容0～1V單端電壓氣壓硅諧振方式、硅電容、硅壓阻RS232風(fēng)向光碼盤或磁碼盤7位格雷碼/2.5V電壓風(fēng)速光碼盤或磁碼盤脈沖頻率（2KHz）翻斗雨量干簧管開關(guān)開關(guān)通斷稱重雨量弦振式或應(yīng)變片式脈沖頻率（3KHz）蒸發(fā)超聲波測(cè)距4～20mA電流輻射熱電堆式或光電式mV級(jí)差分電壓能見(jiàn)度前向散射RS232或RS485紅外地溫紅外探測(cè)μV級(jí)差分電壓+電阻土壤水分TDR方式或FDR方式電壓或RS485四、傳感器系統(tǒng)四、傳感器系統(tǒng)

4.1、氣壓傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：HYPTB210氣壓傳感器用于測(cè)量大氣氣壓傳感器感應(yīng)元件采用硅電容壓力傳感器輸出方式：RS232;RS-485;0-5V;0-2.5V四、傳感器系統(tǒng)

4.1、氣壓測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：金屬薄膜玻璃真空電容硅硅硅

感應(yīng)元件采用硅電容壓力傳感器。硅電容壓力傳感器具有很好的滯后性和重復(fù)性及溫度特性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性。四、傳感器系統(tǒng)

4.2溫度傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：溫度傳感器用于空氣溫度和地溫觀測(cè)。傳感器采用Pt100鉑電阻轉(zhuǎn)換方式。鉑電組值范圍：80～120Ω。4.2、溫度測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：

1.測(cè)量1腳（或者2腳）與3腳（或者4腳）之間的電阻值R12.測(cè)量1腳與2腳（或者3腳與4腳）之間的電阻值R2。3.R1減去R2求得鉑電阻的電阻大小R，利用公式：T＝（R－100）/0.385算出測(cè)量時(shí)的溫度值，并與標(biāo)準(zhǔn)溫度對(duì)比，對(duì)溫度傳感器的狀況進(jìn)行初步判斷。提示：鉑電阻的線纜分為兩組，即1、2和3、4，組內(nèi)沒(méi)有明確的線序四、傳感器系統(tǒng)

4.3、濕度測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：HYHMP-155型濕度測(cè)量基于電容性高分子薄膜傳感器。溫度測(cè)量基于電阻性鉑電阻傳感器。濕度傳感器和溫度傳感器都位于探頭的頂端。由一個(gè)燒結(jié)的聚四氟乙烯過(guò)濾器保護(hù)1----過(guò)濾器2----保護(hù)蓋3-----8針接頭（M8）四、傳感器系統(tǒng)

4.3、濕度測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：下電極玻璃基板薄膜聚合物上電極四、傳感器系統(tǒng)

4.4、風(fēng)速測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：風(fēng)速傳感器用于10米風(fēng)速和1.5米氣候風(fēng)速的觀測(cè)。傳感器采用軸式風(fēng)杯，通過(guò)磁碼盤或光碼盤轉(zhuǎn)換方式。電源電壓：5VDC。風(fēng)速輸出信號(hào)類型：頻率：V=0.1f或V=0.2315+0.0495f兩種。四、傳感器系統(tǒng)

4.5、風(fēng)向測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：風(fēng)向傳感器用于10米風(fēng)向的觀測(cè)。傳感器采用軸式風(fēng)向標(biāo)，通過(guò)磁碼盤或光碼盤轉(zhuǎn)換方式。電源電壓：5VDC。風(fēng)向輸出信號(hào)類型：7位數(shù)字量（格雷碼）。四、傳感器系統(tǒng)

4.6、翻斗式雨量測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：翻斗雨量傳感器用于降水觀測(cè)。傳感器采用翻斗計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換方式。輸出信號(hào)類型：通斷信號(hào)（兩根信號(hào)線）。四、傳感器系統(tǒng)

4.7、稱重式雨量測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：稱重式降水傳感器用于固態(tài)降水的觀測(cè)。傳感器采用弦振的轉(zhuǎn)換方式和應(yīng)變片稱重方式。電源電壓：12VDC；弦振的轉(zhuǎn)換方式的輸出信號(hào)類型：1kHz～3kHz的方波脈沖。四、傳感器系統(tǒng)

4.8、蒸發(fā)測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：超聲波測(cè)距原理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿內(nèi)水面高度變化進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。并且配置了PT-100溫度校正蒸發(fā)傳感器測(cè)量的是水位，由軟件計(jì)算出水位差，即為蒸發(fā)量電源電壓：12VDC輸出信號(hào)類型：電流信號(hào)；信號(hào)范圍：4～20mA。四、傳感器系統(tǒng)

4.9、紅外溫度測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：

紅外地溫傳感器用于地表溫度的觀測(cè)。傳感器采用檢測(cè)紅外輻射，并通過(guò)傳感器腔體溫度進(jìn)行修正的轉(zhuǎn)換方式。輸出信號(hào)類電型：目標(biāo)溫度為差分信號(hào)（40～60μV/℃）腔體溫度熱敏阻信號(hào)四、傳感器系統(tǒng)

4.10、輻射測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：輻射傳感器用于總輻射、凈輻射、直接輻射、反射輻射、散射輻射、紫外A輻射、紫外B輻射、光合有效、大氣長(zhǎng)波輻射、地面長(zhǎng)波輻射觀測(cè)。傳感器采用電熱堆轉(zhuǎn)換方式。信號(hào)輸出方式：10μV～50μV差分信號(hào)。四、傳感器系統(tǒng)

4.11、日照測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司客服電話：日照傳感器用于太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)的觀測(cè)。采用直接輻射測(cè)量法計(jì)算日照。四、傳感器系統(tǒng)

4.12、能見(jiàn)度測(cè)量傳感器華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司