DZZ4自动气象站结构与原理.ppt

1、DZZ4自动气象站结构与原理自动气象站结构与原理 自动气象站定义自动气象站定义利用仪器自动地进行观测和发送或记录观测数据，并根据需要，可直接地或在一个编报站将观测数据转换成电码形式的系统。（WMO,1981）能自动进行地面气象观测、存储和发送观测数据，并能根据需要将观测数据转换成气象电报和编制成气象报表的地面气象观测设备 AWSAutomaticWeatherStationsAWOSAutomatedWeatherObservingSystems 新型自动气象站发展新型自动气象站发展201720082015中国气象局编制新型自动气象站功能规格需求书，统一了自动气象站设计要求。五种型号的新型自动

2、气象站完成设计定型，在业务中推广使用。202020062012第二次跨越：初步实现云能天自动观测，基本建立全自动化业务流程和观测规范。制定了地面软硬件技术标准和集约化技术架构。全面提升：建立完善的全自动化业务流程和观测规范1999全面达到WMO规定的观测指标，形成自动化、集约化、标准化的业务体系。启动地面基本气象要素的自动气象观测 新型自动气象站发展新型自动气象站发展DZZ3上海长望气象科技股份有限公司 新型自动气象站发展新型自动气象站发展DZZ4DZZ4江苏省无线电科学研究所有限公司江苏省无线电科学研究所有限公司 新型自动气象站发展新型自动气象站发展DZZ5DZZ5华云升达（北京）气象科技有

3、限责任公司华云升达（北京）气象科技有限责任公司 新型自动气象站发展新型自动气象站发展DZZ6中环天仪（天津）气象仪器有限公司 新型自动气象站发展新型自动气象站发展DZZ1-2广东省气象计算机应用开发研究所设计思路设计思路统一标准统一标准 统一功能统一功能 统一结构统一结构 统一方法统一方法 统一规范统一规范 硬硬 件件 软软 件件嵌入式嵌入式Linux操作系统操作系统 采集器采用嵌入式系统采集器采用嵌入式系统 主分多采集器结构主分多采集器结构 主分采集器通信采用主分采集器通信采用CAN总线总线 新型自动气象站设计结构新型自动气象站设计结构 新型自动气象站设计结构新型自动气象站设计结构DZZ4自

4、动气象站简介自动气象站简介uDZZ4型自动气象站作为一种地面气象自动化观测系统，可完成气气温温、湿湿度度、气气压压、风风向向、风风速速、降降水水量量、地地温温、蒸蒸发发、雪雪深深、能能见见度度等要素的数据采集、处理、质控、存储和传输。u它基于现现代代总总线线技技术术和和嵌嵌入入式式系系统统技术构建，由硬件和软件两大部分组成。u硬件包括采采集集器器（1个主采集器和若干个分采集器）、外外部总线、传感器、外围设备部总线、传感器、外围设备四部分。u软件包括嵌入式软件、业务软件嵌入式软件、业务软件两部分。DZZ4自动气象站设备外观及结构图 DZZ4自动气象站结构组成自动气象站结构组成 DZZ4自动气象站

5、结构组成自动气象站结构组成设备配置清单设备名称配置（DZZ4型）自动站机箱DZZ4电源箱DZZ4-PD1主采集器WUSH-BH温湿度分采WUSH-BTH温度传感器WUSH-TW100湿度传感器DHC2气压传感器DYC1雨量传感器SL3-1雨量电缆、温湿分采CAN线、电池连接线、电源线、串口线、光纤通信盒（光线通信、模块配套电源）、光纤尾纤、蓄电池、温湿度安装支架、托盘、小桶、量杯、万用表、水平尺、指北针、活动扳手、大十字起、小一字起、计算机开机、安装ISOS软件、串口调试助手DZZ4自动气象站设备外观及结构图 DZZ4自动气象站结构组成自动气象站结构组成 DZZ4自动气象站功能结构自动气象站功

6、能结构v传感器传感器v采集器采集器v电源电源v通信通信uDZZ4自动气象站结构原理自动气象站结构原理传感器类型传感器名称型号模拟传感器气温传感器WUSH-TW100地温传感器ZQZ-TW湿度传感器DHC2蒸发传感器WUSH-TV2辐射传感器FS系列数字传感器翻斗雨量传感器SL3-1风传感器ZQZ-TF智能传感器气压传感器DYC1温湿度智能传感器WUSH-BTH称重降水传感器DSC1雪深传感器DSS1u结构原理结构原理传感器传感器模拟量传感器 传感器输出电流或电压，采集器按规范要求对其进行采样计算，输出各气象要素值。l温度:WUSH-TW100（ZQZ-TW）温度传感器l温湿度:DHC2湿度传感

7、器l其他 辐射传感器、蒸发传感器等u结构原理结构原理传感器传感器数字量传感器传感器输出脉冲或频率，采集器对其采样计算。雨量 如SL3-1，每翻斗计为0.1mm风向(ZQZ-TF)七位格雷码，如239度为1111111，0度为0000000风速(ZQZ-TF)输出频率信号，V=0.1fu结构原理结构原理传感器传感器传感器内含嵌入式处理器，进行数据采样和处理，直接输出数据。采集器按一定协议直接读取其数据。常见传感器气压：DYC1气压计能见度：HY-35（HW-N1）能见度称重降水：DSC1称重雨量传感器雪深：DSS1雪深传感器天气现象传感器云观测传感器智能型传感器u结构原理结构原理传感器传感器WU

8、SH-TW100温度传感器温度传感器精度：0.05u结构原理结构原理温度传感器温度传感器WUSH-TW100是高精度铂电阻温度传感器，等级为IEC60751 AAA，测量范围(-50+60)。传感器采用不锈钢铠装，防护级别达到IP67。该传感器具有极佳的可互换性和长期稳定性，广泛应用于气象、水文和环保等部门。u结构原理结构原理温度传感器工作原理温度传感器工作原理铂电阻温度传感器是根据铂电阻的电阻值随温度变化的原理来测定温度的。温度传感器接线图温度传感器接线图四线制测温法（四线制测温法（Rt=100+0.385t ）100107.720Pt电阻R/温度T/0u结构原理结构原理温度传感器工作原理温

9、度传感器工作原理DHC2湿度传感器湿度传感器u结构原理结构原理湿度传感器湿度传感器DHC2型温湿度传感器，当前在新型站中只作为湿度传感器使用，是新一代湿度传感器，湿敏元件采用Vaisala公司新一代电容式湿敏元件HUMICAP180R，具有更高的测量准确度，更好的耐高湿性能和长期稳定性，可以实现与HMP45D温湿度传感器的兼容。u结构原理结构原理湿度传感器工作原理湿度传感器工作原理湿敏电容是一种具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的变化而变化。在外界相对湿度发生变化时，作为感湿膜的高分子聚合物能对水汽分子吸附和释放，其介电常数随之变化，促使湿敏电容量发生变化。测湿时的输出信号为电压信号（

10、01V），对应湿度为0100%RH。DHC2湿度传感器湿度传感器测量范围：0%RH100%RH分辨力：1%RH最大允许误差：3%RH(80%)5%RH(80%)工作电压：12V输出信号：01V0V0.2V20%输出电压/V湿度/RHRH=V*100%0u结构原理结构原理湿度传感器技术参数湿度传感器技术参数白黄绿黑蓝棕紫红电源+12V湿度信号地地屏蔽DHC2湿度接线图u结构原理结构原理湿度传感器湿度传感器WUSH-BTHWUSH-BTH温湿度分采集器温湿度分采集器RUNCANRCANE28G+12VCANLCANHG+12VRH-RH+u结构原理结构原理温湿度智能传感器温湿度智能传感器WUSH-

11、BTH温湿度智能传感器温湿度智能传感器u结构原理结构原理温湿度智能传感器温湿度智能传感器高精度气温、相对湿度测量；支持检定参数设置，对测量结果进行订正；具有自检、自校功能；具有运行状态监测功能；可直接挂接到新型站的CAN总线上。主要特点主要特点WUSH-BTHWUSH-BTH温湿度分采集器接线图温湿度分采集器接线图u结构原理结构原理温湿度智能传感器温湿度智能传感器u结构原理结构原理温湿度智能传感器温湿度智能传感器气温传感器接入端温湿度传感器接入端CAN线和电源线温湿传感器中的铂电阻温湿传感器中的湿度信号及输入电源8012001V32ZQZ-TF型测风传感器型测风传感器风速性能指标风速性能指标：

12、测量范围：0ms80ms分辨率：0.1ms精度：(0.3+0.02V)m/s(V-实际风速)起动风速：0.5ms抗风强度：80ms输出信号:频率工作电压：5VDC风向性能指标风向性能指标：测量范围0-360分辨率：3度u结构原理结构原理风传感器风传感器风向标转轴带动的7位格雷码光码盘7个同心圆轨道，2、2、22、23、24、25、26等分相邻每份作透光与不透光处理码盘两侧同一半径上的7对光电耦合器件输出相应的7位格雷码，每一个格雷码代表一个风向。由风向标部件、内装风向码信号发生器的壳体以及信号输出插座组成。u结构原理结构原理风向传感器风向传感器ZQZ-TF型风向传感器型风向传感器七位格雷码盘可

13、将风向标轴的转动角度的度数变换成二进制的数字信号。u结构原理结构原理风向传感器风向传感器u格雷码盘原理格雷码盘原理u格雷码盘原理格雷码盘原理u风向计算原理风向计算原理1.分别测试测试风传感器D0-D6管脚输出电压值输出电压值，其中低电平为0，高电平为1；2.按照从D6至D0的顺序排列电平编码排列电平编码即为格雷码；3.将格雷码转换为二进制码；4.将二进制码转为十进制码；5.风向WD=十进制码2.8125.注：若风向输出为模拟电压输出，不是格雷码输出时，可以按照D=V*360/2.5计算风向38风速信号风杯静止时电压5V风杯转动时3V左右风速电源5V风向电源5V（采用脉冲电压设计，用万用表测量时

14、电压为0）风向格雷码信号（D6D5D4D3D2D1D0）高电平为1，低电平为0格雷码转二进制：最高位保留，其他各位异或运算，相同为0，相异为1风向估计：二进制*2.8125u风向计算原理风向计算原理u风向计算原理风向计算原理格雷码转为二进制码的算法则较为繁琐，计算公式如下：Rn为n位的格雷码，Cn为转换后的二进制码Cn=Rn，Cn-1=RnRn-1，Cn-2=RnRn-1Rn-2，C1=RnRn-1Rn-2R2R1，C0=RnRn-1Rn-2R2R1R0.u风向计算原理风向计算原理从最后一位开始算，依次列为第0、1、2.位；第n位的数（0或1）乘以2的n次方；得到的结果相加就是十进制码。例：例

15、：格雷码为1011011二进制码为：1101101十进制码为：1*26+1*25+1*23+1*22+1*20=109风向值为：WD=109*2.8125=307风速传感器的感应元件为三杯式回转架信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力作用下，风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的36只磁体形成18个小磁场，风杯组每旋转一圈，在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加。其校准方程为：V=0.1FV：风速，单位：米/秒F：脉冲频率，单位：赫兹u结构原理结构原理风速传感器工作原理风速传感器工作原理42ZQZ-TF型风速传感器型风速传感器V=0.1fu结构原理结构原理风速传

16、感器风速传感器43ZQZ-TF型测风传感器型测风传感器淡蓝12芯插头白红紫棕橙黄(空)蓝绿灰黑风速电源+5V风向信号D3风向信号D2风向信号D1风向信号D0风向信号D4风向信号D5风向信号D6风速信号WS风向电源+5V地屏蔽u结构原理结构原理风传感器接线图风传感器接线图风横臂u结构原理结构原理风传感器接线图风传感器接线图u结构原理结构原理翻斗雨量传感器翻斗雨量传感器 SL3-1型双翻斗雨量传感器主要由承水器（常用口径为20cm）、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。为了计量正确，上有上翻斗作为过渡，以保证无论大雨、小雨，计量翻斗受到相同的冲击力。下有计数翻斗，装有计数用的磁钢，计量翻斗翻转一次，计数翻斗也翻转一次，并使安装在固定支架上的干簧管吸合一次，输出一个脉冲。由于磁钢不安装在计量翻斗上，就不会给计量翻斗带来附加力，使计量翻斗计量正确u结构原理结构原理翻斗雨量传感器翻斗雨量传感器SL3-1型翻斗式雨量传感器型翻斗式雨量传感器技术指标：技术指标：承雨口内径尺寸：200mm承雨口刃口锐角：4045传感器感量：0.1mm/斗雨强：010mm/min分辨率：0.1mm精度：