CN206074836U - 基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站 - Google Patents

基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站 Download PDF

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史静
姜明
姚巍
沈岳峰
张冬岩
李觐卿
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Tianjin Binhai New Area Meteorological Bureau
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Abstract

本实用新型公开了一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信的自动气象站***，包括主控机箱、各种传感器、太阳能供电***。所述主控机箱内包括数据采集器和双模式通信***。本实用新型利用GPRS和433MHz双模式的无线通讯模块来实现与各自远程终端的数据交互。本实用新型利用太阳能电池板为整个***供电，并通过充电控制器来控制太阳能电池板为蓄电池充电。本实用新型结构简单、自动化程度高，可以实时采集并向远程终端传输气象观测数据，为气象预报预测、气象灾害预警提供可靠、及时的数据支持，向各行业专业用户、社会公众及科研教育用户提供专业、稳定的决策依据和科普数据。

Description

基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站
技术领域
本实用新型属于气象数据监测技术领域，具体涉及一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信的自动气象站***。
背景技术
随着我国经济的不断发展，社会对气象决策服务明显增强，气象灾害预警、气象防灾减灾等决策***中对基础地面气象观测数据的依赖度明显增强，对气象数据实时性、精细化程度的要求也越来越高。不仅各级气象部门业务工作中需要气象数据，越来越多的工业、农业和能源行业和新型产业也需要气象数据的支持。另外，随着人民生活水平的提高，公众对气象数据的需求也日趋明显，社区、商场、医院等大型活动场急需本地化的气象数据服务，中小学校等教育机构，高校、研究院所等科研机构同样有气象科普服务和气象研究需要。
常规地面气象观测数据一般包括：空气温度、相对湿度、气压、雨量、风向和风速等要素。在我国，仅气象行业内部就已拥有数以万计的自动气象站，各类自动气象站根据业务等级及环境条件，会以RS232/485有线串行通讯、GPRS无线通信或卫星通信等单一通信方式逐级由地市、省级数据接收处理中心汇集至国家级数据中心，其中，由GPRS无线通讯技术支持数据传输的区域级自动气象站已达4万多个，占行业内全部自动气象站数量的95％。如此数量庞大的站网数据一般仅限于行业内部气象预报业务、气象服务和科研需求。气象行业外用户建设的自动气象站，大多数采用了RS232/485串行通讯线连接至本地计算机上，由专用软件进行数据接收、处理及显示。此类设备数据观测精度较气象行业内部专用设备具有一定差异，观测数据分辨率、数据编码及接口无统一要求，数据共享性较低，且由于缺少专业气象装备人员的技术支持，行业外用户自建设备的稳定性相对偏低，数据可用性较差。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提出一种GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，实现自动气象站数据的实时双向传输，既保证气象行业业务需求，又可满足站点当地用户的数据使用需求。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，包括气象传感器、主控***、供电装置；所述供电装置为气象传感器和主控***供电；所述气象传感器输送采样数据至主控***，所述主控***设有双模式通信模块，所述双模式通信模块包括GPRS模块和433MHZ无线模块。
进一步的，所述主控***设置在主控机箱内，设有用于处理采样数据的数据采集器，所述数据采集器包括：
核心处理模块：用来接收、处理所述气象传感器的采样数据；所述核心处理模块连接所述GPRS模块和433MHZ无线模块；
电源处理模块：连接所述供电装置，用来控制各模块及需要供电的气象传感器的电源输入；
调试串口：连接核心处理模块，用来进行程序更新及***参数调试；
外部存储模块：连接核心处理模块，用来存储核心处理模块处理后的数据。
更进一步的，所述供电装置为太阳能供电***，包括太阳能板、充电控制器和蓄电池。
进一步的，所述气象传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、风向传感器和风速传感器。
进一步的，所述GPRS模块支持双频GSM/GPRS，具备SIM卡座和天线接口，所述天线接口连接GPRS天线。
进一步的，所述433MHZ无线模块设有天线接口，连接433MHZ无线天线。
相对于现有技术，本实用新型所述的一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站具有以下优势：
本实用新型采用能够达到气象行业标准精度要求的气象传感器，提供空气温度、相对湿度、气压、雨量、风向风速等气象数据。本实用新型能同时满足气象部门对于地面气象观测专业级组网需求，以及站点当地外行业用户对于实况气象数据的服务需求。本实用新型在设计上完全采用独立结构，GPRS和433MHz无线通信无需架设通信线缆，太阳能供电***直流电源支持，对安装条件要求较低。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是本实用新型实施例的GPRS通信方式示意图。
图3是本实用新型实施例的433MHz通信方式示意图。
其中：
1、太阳能电池板； 2、控制箱；
2-1、天线； 3、支撑架；
4-1、风向传感器； 4-2、风速传感器；
4-3、防辐射罩(内装温湿传感器)； 4-4、雨量传感器；
4-5、机箱内部气压传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
本实用新型包括气象传感器、主控***、供电装置；所述供电装置为气象传感器和主控***供电；所述气象传感器输送采样数据至主控***，所述主控***设有双模式通信模块，所述双模式通信模块包括GPRS模块和433MHZ无线模块。
其中，所述主控***设置在主控机箱内，设有用于处理采样数据的数据采集器，所述数据采集器包括：
核心处理模块：用来接收、处理所述气象传感器的采样数据；所述核心处理模块连接所述GPRS模块和433MHZ无线模块；
电源处理模块：连接所述供电装置，用来控制各模块及需要供电的气象传感器的电源输入；
调试串口：连接核心处理模块，用来进行程序更新及***参数调试；
外部存储模块：连接核心处理模块，用来存储核心处理模块处理后的数据。
其中，所述供电装置为太阳能供电***，包括太阳能板、充电控制器和蓄电池。
其中，所述气象传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、风向传感器和风速传感器。
其中，所述GPRS模块支持双频GSM/GPRS，具备SIM卡座和天线接口，所述天线接口连接GPRS天线。
其中，所述433MHZ无线模块设有天线接口，连接433MHZ无线天线。
如图1所示，自动气象站***安装在支撑架3上，风向传感器4-1和风速传感器4-2设置在支撑架3顶部，太阳能电池板1设置在支撑架中部，防辐射罩(内装温湿传感器)4-3设置在支撑架下方，在其下面设有主控机箱2，主控机箱2内除了数据采集器和双模式通信模块外，还有机箱内部气压传感器4-5，主控机箱2外部设有天线2-1，所述天线2-1与双模式通信模块的天线接口连接，所述雨量传感器4-4设置在支撑架3附近的地面上。
温度、湿度、气压传感器的采样频率为30次/分钟，雨量传感器的采样频率为1次/分钟，风向传感器的采样频率为1次/秒，风速传感器的采样频率为4次/秒。温湿传感器温度的分辨力为0.1℃、湿度的分辨力为1％，气压传感器的分辨力为0.1hPa，雨量传感器的分辨力为0.1mm，风向传感器的分辨力为3°，风速传感器的分辨力为0.1m/s。
核心处理模块用于接收、处理传感器采样数据。对温度、湿度、气压要素数据，计算每分钟算术平均、小时内极值及出现时间；对雨量要素数据，计算每分钟、小时累计值；对风向要素数据计算1分钟、2分钟平均，以1分钟为步长计算每分钟的10分钟平均，计算对应极大风速和最大风速湿度风向；对风速要素数据以0.25秒为步长求3秒滑动平均值，以1秒为步长(取整秒时的采样值)计算每分钟的1分钟、2分钟算术平均，以1分钟为步长(取1秒平均值)计算每分钟的10分钟滑动平均。
外部存储模块用来存储核心处理模块处理后的数据。可保留分钟数据1个月、整点数据6个月。
GPRS通信模块：
GPRS部分支持双频GSM/GPRS、支持使用STK卡，符合ETSI GSM Phase 2+标准；CDMA部分支持800/1900MHz双频、支持使用UIM卡，符合FCC/SAR和CDG 1/2&3标准；其通信方式如图2所示。
433MHz通信模块：
433M模块透明传输方式，工作在410-441MHz频段(默认433MHz)，1W发射功率，LoRa扩频技术，TTL电平输出。其通信方式如图3所示。
其中所述的LoRa直序扩频技术将带来更远的通讯距离，具有功率密度集中，抗干扰能力强的优势。模块具有软件FEC前向纠错算法，其编码效率较高，纠错能力强，在突发干扰的情冴下，能主动纠正被干扰的数据包，大大提高可靠性和传输距离。在没有FEC的情况下，这种数据包只能被丢弃。
从上述内容可以看出，本实用新型能同时满足气象部门对于地面气象观测专业级组网需求，以及站点当地外行业用户对于实况气象数据的服务需求。本实用新型在设计上完全采用独立结构，GPRS和433MHz无线通信无需架设通信线缆，太阳能供电***直流电源支持，对安装条件要求较低。
以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，其特征在于，包括气象传感器、主控***、供电装置；所述供电装置为气象传感器和主控***供电；所述气象传感器输送采样数据至主控***，所述主控***设有双模式通信模块，所述双模式通信模块包括GPRS模块和433MHZ无线模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，其特征在于，所述主控***设置在主控机箱内，设有用于处理采样数据的数据采集器，所述数据采集器包括：
核心处理模块：用来接收、处理所述气象传感器的采样数据；所述核心处理模块连接所述GPRS模块和433MHZ无线模块；
电源处理模块：连接所述供电装置，用来控制各模块及需要供电的气象传感器的电源输入；
调试串口：连接核心处理模块，用来进行程序更新及***参数调试；
外部存储模块：连接核心处理模块，用来存储核心处理模块处理后的数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，其特征在于，所述供电装置为太阳能供电***，包括太阳能板、充电控制器和蓄电池。
4.根据权利要求1所述的一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，其特征在于，所述气象传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、风向传感器和风速传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，其特征在于，所述GPRS模块支持双频GSM/GPRS，具备SIM卡座和天线接口，所述天线接口连接GPRS天线。
6.根据权利要求1所述的一种基于GPRS和433MHz双模式无线通信自动气象站，其特征在于，所述433MHZ无线模块设有天线接口，连接433MHZ无线天线。
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GR1010207B (el) * 2021-06-22 2022-03-21 Ιωαννης Βασιλειου Χατζησαββας Συστημα διαχειρισης περισσειας ενεργειας αυτονομης φωτοβολταϊκης ή αιολικης εγκαταστασης

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