hy3000新型站培训课件-dzz5原理及系统结构

DZZ5新型自动站目录一、总体概述二、系统结构三、采集系统四、传感系统五、供电系统六、通讯系统华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：一、总体概述统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路各部件或模块互换自适应形成统一型号1.1、总体概述新型自动气象站定型部件包括：主采集器系统+常规六要素，地温分采集器系统+10层地温传感器，辐射分采集器。按照气象行业的标准，华云公司的新型自动气象站产品的型号命名为：DZZ5。公司原来型号为CAWS3000型自动气象站。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：1.2、发展历程★从2003年起中国气象局就开始酝酿新一代自动气象站的研发；★从2006年底至2007进行了气候站的考核，该类型气候站基本上是参考美国气候站标准进行；★从2007年开始确定对新型自动站的考核工作；★在2007年底，中国气象局确定了新型自动站采取：统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路从新设计新型自动气象站。重新编制了《新型自动气象站功能需求书》；★从2008年开始中国气象局组织四个生产厂家，联合重新设计新型自动气象站的主采集器；之后各厂家独立完成成套产品设计生产；★2008年10月进行静态测试★2009年1月开始安装，3月至10月进行野外的动态试验，2009年11月进行复检测试；★2010年1月按照新要求改进，增加温湿度分采集器的研制；★2010年9月～10月静态测试；★2011年6月完成考核，并完成了新型自动气象站的设备定型工作。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：1.3、实际应用一、双套站项目六要素+蒸发+地温，布设双套站，互为备份。二、山洪泥石流监测中多要素站主要包括：四要素～六要素站。三、区域站改造主要包括：四要素～六要素站+能见度等。四、业务台站的升级改造华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：1.4、新型站的优点及对比功能强，综合处理能力强数据处理速度快，数据处理功能强，数据存储量大，采用文件系统存储记录数据，增加了数据质量控制信息。支持多串口、多种通讯方式、支持WebServer访问功能等等。扩充方便

通过外部总线技术，可以实现采集系统的随意扩展及裁减。常规六要素可以实现独立标定风速、风向、温度、湿度、雨量、气压可以实现脱离采集器系统，对传感器独立进行标定。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：1.4、新型站的优点及对比华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：1.5、功耗及存储要求主采集器功耗不大于2W，分采集器功耗不大于0.5W，温湿智能测量传感器功耗不大于0.25W。主采集器内部存储容量：存储1小时的采样瞬时值、7天的瞬时气象（分钟）值、1月的正点气象要素值，以及相应的导出量和统计量等。采集数据的外存储器（卡）：以文件方式进行存储，能够存储至少6个月全要素分钟数据，全部数据以FAT的文件方式存入，终端计算机通过通用读卡器可方便读取。

华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：1.6、供电要求自动气象站的供电电源为12V蓄电池。蓄电池的容量必须保证自动气象站能在脱离辅助电源的条件下连续工作7天。并在蓄电池电压低到不足以维持符合质量要求的观测工作前两天发出报警信息。个别功耗较大只适用于交流供电的传感器或装置（如通风防辐射罩、直接辐射、天气现象等）允许将辅助电源断电时间减少到不小于2小时。使用市电作辅助电源的，市电电压允许波动范围为220V±30%，并提供市电断电及时报警功能。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：二、系统结构新型自动气象站采用的系统结构设计华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：2.1、嵌入式系统

在新型自动气象站中应到了两项比较新的技术，即：嵌入式系统技术和外部现场总线技术。嵌入式系统是以高性能CPU数据处理器为核心处理器，嵌入操作系统，配置相关的外围组件，构成单板电脑系统。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：2.1、嵌入式系统高性能的CPU一般是指32位CPU，包括：ARM7系列、ARM9系列以及现在比较新的ARMCortexM3系列或其他系列CPU等。Linux操作系统或WindowCE操作系统功能比较齐全。Linux操作系统是开源的可以从网络上找到；WindowCE在使用时是需要付版权费用的。外围部件配置基本上按照标准电脑的部件配置，包括：Flash存储器、RAM存储器、CF卡（或SD卡）存储器、以太网络接口电路以及TCP/IP通讯协议、USB通讯端口、多个RS232/RS485串口、CAN总线。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：嵌入式采集系统基本结构图华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：2.2、外部总线

外部总线的功能就是实现多个数据处理控制、数据处理单元之间的数据通讯；外部总线的的电气结构要求简单，而且数据传输要稳定可靠。目前使用最多的是RS485方式和CAN总线方式，另外应用比较多的还有SDI-12方式。两根线差分信号方式传输，外部总线的结构简单、而且数据传输可靠，RS485和CAN总线都是采用两根线进行数据传输。一个通讯控制协议确保数据通讯的稳定可靠。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：2.2.1、RS485通讯方式RS485比较通用的协议：ModBus协议RS-485标准可以进行长距离、多点的异步串行数据通讯。一条RS-485总线最多可以挂256个设备。特点：结构简单，只能实现“一主多从”的通讯方式。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：2.2.2、CAN通讯方式

CAN总线常用的标准协议：CANOpen协议CAN总线（ControllerAreaNetwork控制器局域网络）带有硬件控制器可以避免竞争冲突，可以实现多主方式。特点：通讯速度快，可实现“多主多从”的通讯方式。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：2.2.3、SDI-12通讯方式

SDI总线(Serialdigitalinterface)是连接基于带微处理器传感器的标准接口，在应用连接方面更为方便。SDI总线只使用3根线，12V电源线、电线和数据线。SDI总线的通讯距离比较近，速率比较慢。

SDI总线传输速率一般在1200bps，几十米（200英尺）的通讯距离。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：三、采集系统CAWS3000（DZZ5）型自动气象站由主采集器加气候分采集器、辐射分采集器、地温分采集器和土壤水分分采集器构成系统。

采集器之间采用CAN总线进行数据通讯。

主采集器系统与终端计算机采用长线进行串口数据通讯。

整个系统的供电由交流电转+12VDC作为主电源，配蓄电池作为后备电源。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：三、采集系统华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：三、采集系统华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：新型自动气象站的系统结构以及CAN通讯连接三、采集系统华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：新型自动气象站的电源供电系统结构3.1、主采集器结构采用ARM9架构32位微处理器运行Linux操作系统加载文件系统。增加了一个对常规气象要素进行数据采集的数据采集单元。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.1、主采集器结构华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：主采集器系统华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2、

分采集器根据观测内容及需求设置分采集器。分采集器采用ARM7架构的32位微处理器或单片机系统。把观测类型相对一致的观测要素集中到一起，由某个分采集器完成相关的数据采集。分采集器一般只完成相关的数据测量采集，并传送给主采集器。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2分采集器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2.1、气候观测分采集器观测要素包括：三只带强制通风的温度传感器、翻斗雨量传感器（0.5mm的翻斗雨量）、称重雨量传感器（3只T200B弦振式的称重雨量）、1.5米风速传感器、红外地温传感器另外还包括3只强制通风扇的转速检测。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2.1、气候观测分采集器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-CL气候分采集器3.2.2、辐射观测分采集器观测要素包括：总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外A辐射、紫外B辐射、地面长波辐射（包括腔体温度）、大气长波辐射（包括腔体温度）、光合有效辐射以及日照。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2.2、辐射观测分采集器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-RA辐射分采集器3.2.3、地温观测分采集器观测要素包括：地表温度、草地温度、5cm地温、10cm地温、15cm地温、20cm地温、40m地温、80cm地温、160cm地温、320地温。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2.3、地温观测分采集器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2.4、土壤水分观测分采集器观测要素包括：8层土壤水分，即：5cm、10cm、20cm、30cm、40m、50cm、100cm、180cm土壤水分观测。华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：3.2.4、土壤水分观测分采集器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：CAN总线现场调试计算机+12VDCCAWS3000-SM土壤水分分采集器3.2.5、温湿度观测分采集器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：温度测量湿度测量调试串口CAN端口+12VGnd*+-R*+-RRxTxGndHL+12VGndCAWS3000-TH温湿度分采集器CAN总线+12VDC现场调试计算机温度传感器Pt100湿度传感器湿敏电容四、传感器系统华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：气象要素测量原理输出信号类型温度铂电阻，Pt10080～120Ω电阻湿度湿敏电容0～1V单端电压气压硅谐振方式、硅电容、硅压阻RS232风向光码盘或磁码盘7位格雷码/2.5V电压风速光码盘或磁码盘脉冲频率（2KHz）翻斗雨量干簧管开关开关通断称重雨量弦振式或应变片式脉冲频率（3KHz）蒸发超声波测距4～20mA电流辐射热电堆式或光电式mV级差分电压能见度前向散射RS232或RS485红外地温红外探测μV级差分电压+电阻土壤水分TDR方式或FDR方式电压或RS485四、传感器系统四、传感器系统

4.1、气压传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：HYPTB210气压传感器用于测量大气气压传感器感应元件采用硅电容压力传感器输出方式：RS232;RS-485;0-5V;0-2.5V四、传感器系统

4.1、气压测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：金属薄膜玻璃真空电容硅硅硅

感应元件采用硅电容压力传感器。硅电容压力传感器具有很好的滞后性和重复性及温度特性、长期稳定性。四、传感器系统

4.2温度传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：温度传感器用于空气温度和地温观测。传感器采用Pt100铂电阻转换方式。铂电组值范围：80～120Ω。4.2、温度测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：

1.测量1脚（或者2脚）与3脚（或者4脚）之间的电阻值R12.测量1脚与2脚（或者3脚与4脚）之间的电阻值R2。3.R1减去R2求得铂电阻的电阻大小R，利用公式：T＝（R－100）/0.385算出测量时的温度值，并与标准温度对比，对温度传感器的状况进行初步判断。提示：铂电阻的线缆分为两组，即1、2和3、4，组内没有明确的线序四、传感器系统

4.3、湿度测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：HYHMP-155型湿度测量基于电容性高分子薄膜传感器。温度测量基于电阻性铂电阻传感器。湿度传感器和温度传感器都位于探头的顶端。由一个烧结的聚四氟乙烯过滤器保护1----过滤器2----保护盖3-----8针接头（M8）四、传感器系统

4.3、湿度测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：下电极玻璃基板薄膜聚合物上电极四、传感器系统

4.4、风速测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：风速传感器用于10米风速和1.5米气候风速的观测。传感器采用轴式风杯，通过磁码盘或光码盘转换方式。电源电压：5VDC。风速输出信号类型：频率：V=0.1f或V=0.2315+0.0495f两种。四、传感器系统

4.5、风向测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：风向传感器用于10米风向的观测。传感器采用轴式风向标，通过磁码盘或光码盘转换方式。电源电压：5VDC。风向输出信号类型：7位数字量（格雷码）。四、传感器系统

4.6、翻斗式雨量测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：翻斗雨量传感器用于降水观测。传感器采用翻斗计数转换方式。输出信号类型：通断信号（两根信号线）。四、传感器系统

4.7、称重式雨量测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：称重式降水传感器用于固态降水的观测。传感器采用弦振的转换方式和应变片称重方式。电源电压：12VDC；弦振的转换方式的输出信号类型：1kHz～3kHz的方波脉冲。四、传感器系统

4.8、蒸发测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：超声波测距原理，对标准蒸发皿内水面高度变化进行检测，转换成电信号输出。并且配置了PT-100温度校正蒸发传感器测量的是水位，由软件计算出水位差，即为蒸发量电源电压：12VDC输出信号类型：电流信号；信号范围：4～20mA。四、传感器系统

4.9、红外温度测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：

红外地温传感器用于地表温度的观测。传感器采用检测红外辐射，并通过传感器腔体温度进行修正的转换方式。输出信号类电型：目标温度为差分信号（40～60µV/℃）腔体温度热敏阻信号四、传感器系统

4.10、辐射测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：辐射传感器用于总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外A辐射、紫外B辐射、光合有效、大气长波辐射、地面长波辐射观测。传感器采用电热堆转换方式。信号输出方式：10μV～50μV差分信号。四、传感器系统

4.11、日照测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司客服电话：日照传感器用于太阳日照时数的观测。采用直接辐射测量法计算日照。四、传感器系统

4.12、能见度测量传感器华云升达（北京）气象科技有限责任公司