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农田环境气象监测系统设备案例

2022-05-20 08:21:39 admin
农田环境气象监测系统设备案例
农田环境气象监测系统设备案例农田环境气象监测系统设备案例

 

1概述

1.1 产品简介

自动气象站是一种集数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象系统。它在工农业生产、旅游、城市环境监测和其它专业领域都有广泛的用途。
自动气象站具体由传感器、数据采集仪、通讯系统、供电系统、整体支架、软件平台六部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、风速、风向、雨量、照度等诸多要素；风速风向传感等传感器为气象专用传感器，具有高精度高可靠性的特点。系统内置大容量FLASH存储芯片；多种通讯接口可以很方便的与计算机建立有线通讯连接，若选配GPRS无线通讯模块还可实现气象设备与计算机监控中心的远程无线连接。

1.2 产品功能

◆实时监测大气温度、大气湿度、风速、风向、雨量、照度等参数；
◆数据采集仪具有数据采集、实时时钟、定时存储、参数设定、参数和历史数据掉电保护等功能；
◆汉字液晶键盘人机界面，人机界面友好；
◆数据浏览功能。能提供局域网数据浏览、互联网数据浏览、手机数据浏览等多种数据浏览途径供用户选择；
◆灵活的系统组网方式。通讯功能支持MODBUS通讯协议。提供标准有线（485/232/USB）、无线（GPRS/LAN/WIFI）等多种通讯方式供用户选择。灵活与计算机组成气象监测系统；
◆可靠供电系统。提供市电、直流和太阳能系统等多种供电方式供用户选择；
◆采用全不锈钢、金属喷漆支架和野外防护箱，外形美观、耐腐蚀、抗干扰；
 

1.3 系统特点

◆电源系统：交流220V、直流12V、太阳能等,根据用户需要选配。
◆可靠运行于各种恶劣的野外环境，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守。
◆完善的防雷击、抗干扰等保护措施。
◆硬件和软件均采用模块组合式开放性设计，可灵活组合使用。
◆监测要素可按实际需求选配。模块化设计极大的方便了后期设备的调试和升级。
◆通讯方式可根据传输距离来按需要选配，为方案提供最高的性价比。
◆气象WEB发布系统可以让用户在局域网和互联网上随时使用浏览气象站现场气象数据。
◆客户端浏览：可以通过软件客户端，实现局域网、互联网上查询、统计气象站现场气象数据.
 

2系统设计

2.1 系统设计目标

根据客户需求，提供能够充分体现和满足客户个性化需求的解决方案.
 

2.2 系统设计原则

1）兼容性原则。
系统提供灵活的设置，可兼容国内外各种传感设备，进行数据采集与处理，在保证功能的前提下，可以最大限度降低系统成本。
2）易用性原则。
系统使用人员范围广，使用人员的计算机水平层次不一，很多地方缺少计算机专业人员，该系统做到操作简便，维护简单，易学易懂。
3）可靠性原则。
硬件设计时具备操作与安全保护机制，最大限度减小用户误操作导致的错误或损失。采用可靠稳定的数据传输系统，采集中心以查询方式主动调取采集器数据，具备心跳机制，断线重连机制等，保证各项性能可以长时间稳定运行。
4）安全性原则。
系统的用户根据业务的需要，具有不同的安全级别及操作权限，系统能充分发挥操作系统、数据库、应用软件三层安全保证措施，以保证数据的安全性。
5）易二次开发、易维护性原则。
采用封装技巧，建立稳定的底层工具，核心技术文档随系统发布等手段，使具有基本技术水平的系统维护人员可以在一定程度上对系统进行较复杂的维护及一般性扩充。
6）环保节能原则。
采用无污染优化的电源管理设备，可控的系统功耗。高效节能，以较小的太阳能电源系统即可实现应有功能。
 

2.3 产品配置

根据客户需求及项目需要，整体配置如下：
 
名称 数量 参数
大气温度传感器 1个 量程：-50～100℃，分辨率：0.1℃，精度：±0.5℃
大气湿度传感器 1个 量程：0～100%RH，分辨率：0.1%RH，精度：±5%
风速传感器 1个 量程：0～45m/s（启动风速≤0.5m/s），分辨率：0.1m/s，精度：±(0.3+0.03V)m/s
风向传感器 1个 量程：0～360°（启动风速≤0.5m/s），分辨率：1°，精度：±3°
雨量传感器 1个 量程：0～999.9mm，降雨强度≤4mm/min,分辨率0.2mm,精度±4%（室内静测，雨强为2mm/min）
数据采集仪 1台 多通道数据采集，液晶屏幕显示，带232和485接口，LCD背光，进行数据采集、存储、及显示；供电方式：220V交流/12V直流并存
小叶轻型百叶箱 1个 百叶箱的作用是防止太阳和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实的感应外界空气温度、湿度及气压的变化。防风防雨防辐射，通风透气，耐腐蚀，内置大气温度、大气湿度、数字气压等传感器
金属防护箱 1个 野外防护箱，防湿防潮，内置隔板，外置锁具，内装采集仪，蓄电池，太阳能控制器等
气象站支架 1套 2米金属喷漆式支架结构，钢质材料设计，牢靠稳固，承载防护箱、传感器、太阳能等，功能齐全，安装方便，抗腐蚀处理，抗风能力强，安装高度符合国家标准要求，可完全适用于野外无人值守观测站点
双电源供电系统 1套 市电、太阳能双电源控制盒1套；太阳能电池板 30W 1块；太阳能板支撑架 1套；蓄电池40A.H 1个；太阳能控制器1套
GRPS模块 1套 采用TCP透明传输，数据传至云平台（配SIM卡）
单机版气象站软件 1套 可导入导出数据，绘制波形图、报表、数据上传、参数远程配置等功能
物联网云平台 1套 B/S架构无线系统平台，可导出数据，绘制波形图、报表、数据上传、支持PC、平板、手机登录查看，即可使用分配的用户名和密码进入管理平台。 
手机客户端 1套 随时随地进行数据监控、查询及控制，方便高效

3产品简介

3.1 数据采集仪介绍

数据采集仪是一种集数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集器。具有数据采集、实时时钟、数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能，操作简单可靠可以根据用户的需求很方便的与计算机建立有线（RS485、RS232、USB等）、无线通讯（GPRS、WIFI、LAN等）连接。开放式通讯协议，方便用户实现系统集成或二次开发。
    本数据采集仪具有技术先进、操作简单、测量精度高、运行可靠、功能全面等特点，在气象、水文、工农业生产、旅游、城市环境监测和其它专业领域都有广泛的用途。
 

3.2 主要技术参数

（数据采集仪）
 
内核： ARM 32位Cortex-M3 CPU
系统时钟：高可达72MHz
指令执行速度： 1.25Dmips/MHz
采样频率：0.5s/次
抗干扰：输入、输出采用光电隔离，抗干扰能力强
稳定性：具有看门狗电路，自动复位功能，保证系统稳定运行
 
存储功能：
FLASH存储容量： 4M bits（每1小时存储一次，可存储1.6年），可扩展至32Mbit.
并可扩展USB存储接口1个，实现U盘存储；
功能要求：智能采集、转发、存储，具有自动、人工召测功能。
 
传感器通道：
模拟/计数通道：多路，可再扩展多路数字I/O通道，用于各种外接扩展功能.
模拟量A/D转换精度：12位，频率量采用16位高速计数器进行采集，输入信号频率高达1MHz.
 
供电显示：
宽电压输入：8V~40V
环境温度：-30~85℃
功耗：整机功耗不大于 2W
ID设置：支持网络ID号设置，明确设备网络地址；
 
显示形式：192*64全点阵液晶显示，可以显示12*4个汉字，整体界面清晰美观；可扩展LED显示屏进行丰富显示；同时支持实时时钟及时间校准功能
数据存储：掉电采用电池供电数据保护，设置的参数以及历史数据可在掉电时保存
 
通讯功能：
具有三路RS232/RS485/USB通信接口，可进行RS232/RS485/USB通信；并可扩展 CAN总线通信接口1个； 
 
远程升级：
支持远程应用程序更新：采集仪程序更改、升级，无需返厂，通过计算机软件，即可对采集仪进行远程程序更新，支持现场和远程对设备进行各项参数设置或读取的编程操作
 
通讯协议：
支持tcp/udp通讯方式，通讯支持XPH、标准MODBUS协议，双协议切换功能，方便用户实现上位机软件二次编程。
 

3.3 产品功能

1．功能要求：智能采集、转发、存储，具有自动、人工召测功能；
2．存储容量：每4小时存储一次数据，可存储6年多气象数据；
3．具有标准USB/RS232/RS485端口，可方便接入PC机或笔记本电脑；
4．可提供标准MODBUS协议，供用户实现上位机软件二次编程；
5．通信方式：具有GPRS/GSM通讯方式，支持LAN/WIFI方式的扩展；
6．具有外部接口扩展功能：可实现U盘存储功能，实现大量数据的存储；
7．可现场和远程对设备进行各项参数设置或读取的编程操作；
8．电路设计合理，抗外界干扰能力强；
9.支持时间校准功能；支持XPH、标准MODBUS双协议切换；
10传感器通道：多路   扩展存储：U盘存储  通讯波特率：9600bps
 

4传感器

4.1 大气温湿度传感器

产品简介
大气温度传感器采用高精度热敏电阻作为感应部件，大气湿度传感器采用高分子薄膜湿敏电容作为感应部件，具有测量精度高、稳定性好等特点。仪器体积小巧，安装方便且便携，性能可靠；采用专有线路，线性好，负载能力强，传输距离长，抗干扰能力强。可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域的温度测量。
 
技术参数
大气温度：
测量范围：-50～100℃
分 辨 率：0.1℃
准 确 度：±0.5℃
 
大气湿度：
测量范围：0～100%RH
分 辨 率：0.1%RH
准 确 度：±5%
 
供电方式：DC12V
接线方式：RS-485信号：4线
RS-485信号：支持ModBus协议（波特率9600可设，地址0-255可设）
响应时间：<1S，测量稳定时间：1S
负载电阻：电压型：RL≥1K，电流型：RL≤300Ω
工作温度：-50℃~100℃  相对湿度：0～100%
产品功耗：180mW
 

4.2 风速传感器

产品简介
风速传感器采用三风杯结构，风杯选用碳纤维材料，强度高，启动好；杯体内置信号处理单元能根据用户需求输出相应风速信号，本产品具有量程大、线性好、精度高、灵敏度高、抗干扰能力强、观测方便、稳定可靠等优点；可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域。
技术参数
测量范围：0～45m/s
准 确 度：±(0.3+0.03V)m/s（V:风速）
分 辨 率：0.1m/s
启动风速：≤0.5m/s
供电方式：DC5V
接线方式：电压型：3线
信号输出：脉冲信号
结构：工程碳纤维材质，旋转三风杯式结构，内置单束激光发射管，测量灵敏度更高
最大回转半径：90mm
整体高度：160mm
响应时间：<1S，测量稳定时间：1S
负载能力：电压型输出阻抗≥1KΩ
工作环境：温度-40℃～50℃
          湿度≤100%RH
防护等级：IP45
线缆等级：额定电压：300V 温度等级：80℃
 

4.3 风向传感器

 产品简介
风向传感器内部采用精密电位器，并选用低惯性轻金属风向标响应风向，灵敏度高，精度高，动态特性好。精密信号处理单元可根据用户需求输出各种信号。本产品具有线性好、观测方便、稳定可靠等优点，且非接触式电子风向传感器比电刷式风向电位器使用寿命更长，无死区，更灵敏。该可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域。
技术参数
测量范围：0～360°
准 确 度：±3°
启动风速：≤0.5m/s
供电方式：DC5V
接线方式：电压型：3线
信号输出：电压型：0～5V
结构：工程碳纤维材质，尾翼式结构，磁电式原理，旋转无接触，无死角，灵敏度更高
最大回转半径：105mm
整体高度：200mm
响应时间：<1S，测量稳定时间：1S
负载能力：电压型输出阻抗≥1KΩ
工作环境：温度-40℃～50℃
          湿度≤100%RH
防护等级：IP45
线缆等级：额定电压：300V 温度等级：80℃
 

4.4 雨量传感器

产品简介
雨量传感器适用于气象台（站）、水文站、农林、国防等有关部门，用来遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间。本仪器严格按照SL61-2003水文自动测报系统规范、GB11831-89水文测报装置遥测雨量计、GB11832-89翻斗式雨量计国家标准要求组织生产、装配、检定。可用于以防洪、供水调度、电站水库水情管理等为目的水文自动测报系统、自动野外测报站。
技术参数
承水口径：Ф200 ± 0.6mm，外刃口角度45度
供电方式：DC5V
输出方式：脉冲信号
测量范围：0～999.9mm
降雨强度：≤4mm/min
分 辨 率：0.2mm（6.28ml）
准 确 度：±4%（室内静态测试，雨强为2mm/min）
输出信号：开关接点通断信号
工作温度：0～50℃
贮存温度：-10℃～50℃
产品重量：承水桶重1700 g ，总重3300 g

5 支架配置

2米金属喷漆式支架结构，钢质材料设计，牢靠稳固，外观美观，承载防护箱、传感器、太阳能等，功能齐全，安装方便，抗腐蚀处理，抗风能力强，安装高度符合国家标准要求，可完全适用于野外无人值守观测站点；

6双电源供电系统

系统可实现双电源供电，即太阳能和市电双电源供电。整个系统主要由太阳能电池板、蓄电池、太阳能控制器、双电源供电盒组成；
使用双电源供电时，只要其中一方有电就可以实现系统的正常运行；
当太阳能和市电都有电的时候，优先使用太阳能的电量，以节省市电的使用，经济环保；
当蓄电池电量偏低时，自动切换使用市电供电；
当任意一方突然断电时，可无缝切换到另一方的供电，可最大限度的保证系统的稳定供电；
 
 
技术指标
1．太阳能板技术指标为：
输出功率：30W
30w太阳能电池板：
开路电压：21.5V
短路电流：1.97A
最大功率点电压：17V
最大功率点电流：1.76A
最大系统电压：50V
2．蓄电池指标
    蓄电池选用高品质、高性能、长寿命阀控式密封铅酸蓄电池，设计寿命10年（20℃）。适合于高精密度、高效能UPS、EPS等紧急备用电源设备和不间断电源设备。
主要技术指标为：
额定电压：12v
标准容量：25AH等
 
12V  25AH蓄电池:
最大放电量：250A（5ec）
最短周期放电电流：750A(0.1sec)
内阻：（25°C，77°F）:15m
最大充电电流：7.5A
待机使用：2.275±0.025V/CELL
循环使用：2.45±0.05 V/CELL
 

7 GPRS无线通讯

7.1 概述

GPRS无线通讯方式。在自动气象站直接布线不方便的情况下，可以采取GPRS无线数据通信网络的方式来传输气象数据，中心气象计算机可以与多台PH自动气象站通过移动GPRS无线数据通信网络组成气象监测网络。

7.2 产品简介

GPRS模块利用GPRS/CDMA 1x网络平台，实现数据信息的透明传输，在网络结构上实现虚拟数据专用网，具备RS232/422/485或TTL电平接口，高性能、工业级，外置式，适用于使用环境恶劣的各种工业监控、交通管理、气象等应用场合。

7.3 技术指标

1．GPRS基础参数：
供电：＋5~ +36V宽电压输入
电源接口：内正外负
数据接口：RS232/RS485
稳定性：
主CPU：32位ARM处理器
内置软硬件看门狗
内置TCP/IP协议栈
数据中心：
支持域名
兼容多种数据中心软件
配置：
串口配置
超级终端，菜单配置
数据传输：
数据接口波特率可设
支持串口硬流控
支持标准TCP/IP协议，UDP，TCP
心跳间隔及心跳超时可设
支持永远在线
Address-IMEI Mapping技术节省无线带宽
 
2．CDMA 1x 数据：
GPRS Class 10
编码方案：CS1 - CS4
符合SMG31bis技术规范
支持IS 707数据业务
支持153kbps的包数据速率
支持Class 2.0 Group 3传真
CDMA 2000扩频机制
符合IS-95A、IS-95B CDMA空中接口标准
 
3．功耗：
待机：80mA@+5VDC ，30mA@+12VDC
数传：120～350mA@+5VDC ，50～140mA@+12VDC