一体化气象六要素传感器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种一体化气象六要素传感器系统，气象探测仪器设计技术领域，包括传感器模块、与传感器模块通信连接的主控器以及与主控器通信连接的计算机终端上位机，其中传感器模块包括温湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器，包括A/D转换器，所述风速风向传感器通过A/D转换器连接至主控器，所述风速风向传感器采用超声波式风速风向传感器，所述风速风向传感器和A/D转换器之间依次设有滤波放大电路和检波电路，该系统保证了高精度检测，同时具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一体化气象六要素传感器系统
本专利技术属于气象探测仪器设计
，具体是涉及一种一体化气象六要素传感器系统。
技术介绍
海军船舰的作业一直以来和气象条件的关系都非常紧密，船舰的航行、武器发射、物资补给、侦查通讯等等，对于大气的温度、湿度、大气压力、风速、风向、雨量等参数都有很高的要求,尤其是现代海军追求高精密操作，对于高精度气象数据的需求更是大大增加，而且当前我国海军正处于装备换装的爆发时期，对于该类设备的需求越来越强。在实际应用中，不仅仅是军事应用方面，还有气象观测等应用都会对气象条件监测有需求。经对现有技术文献检索发现，申请号为2014207763396的中国技术专利公开了一种一体式气象传感器，该一体式气象传感器包括设置在气象传感器本体上的气象要素传感器模块、信号处理模块和输出端口模块，其中气象要素传感模块具体包括设置在气象传感器顶部的雷达测雨量模块、设置在气象传感器中部的超声波测风速风向模块和MEMS测气压模块、以及设置在气象传感器下部的温湿度检测模块，气象要素传感模块中的各模块均与信号处理模块连接，信号处理模块与输出端口模块连接，该装置是易于维护的一体式气象传感器，可以通过一个传感器同时检测温度、湿度、风速、风向、气压、雨量六种气象要素。但是该装置具有一定缺陷，该装置中将温湿度传感器、雨量传感器和超声波探头等与信号处理模块直接连接，没有经过任何电路附加处理，这会导致传感器采集信息不精确，进一步影响系统准确度，且该装置中未集成其他类型传感器，仅有的传感器只能用于少数类型数据信息的采集，适用性差，且该传感器效果虽然是通过一个气象传感器完成，但是实际上还是通过集成在该气象传感器内部的多个传感模块实际检测得到，并没有实际意义上起到一个传感器同时检测温度、湿度、风速、风向、气压和雨量。经对现有技术文献检索发现，申请号为2016213645381的中国技术专利公开了一种气象六要素监测仪，包括底座、中间保护罩和顶部保护渣，所述底座上面安装有通风罩，所述通风罩内部下放设有航空插头，通风罩内部上方并排设有防水接头和温湿度传感器，通风罩上面连接有中间保护罩，所述中间保护罩内部安装有主控电路板，所述主控电路板两端设有超声波探头，位于主控电路板中间与超声波探头之间设有气压传感器，所述顶部保护罩底部设有凹弧面，顶部保护罩上方安装有雨量计。本技术通过合理顺序安装检测仪的各个传感器，使得该监测仪外观小巧、美观，在一定程度上达到测量参数精度高的特点。但是该装置有一定缺陷，同样是将传感器单元直接与主控器连接，没有任何电路附加处理，这会导致传感器采集信息不精确。经对现有技术文献检索发现，申请号为CN2011203216620的中国专利技术专利，提供了一种六要素自动气象站对比装置，该装置中雨量传感器采集模块采用翻斗式雨量传感器；风向传感器采集模块以格雷码方式输出。该装置原理简单，其存在的缺点：没有考虑传感器的尺寸大小，传感器的调试和安装比较繁琐，不方便携带；另外没有考虑到通信接口的多样化，通信接口单一，使用条件比较苛刻，没有广泛的适用性。以上现有技术中均存在传感器检测信息不精确的缺陷，同时，传感器单元结构不紧凑，占用空间大，不利于携带，因此，需要提出一种新型的传感器系统用于气象信息的检测。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，现有技术气象六要素传感器采集精度低，本专利技术提供一种一体化气象六要素传感器系统，该系统保证了高精度检测，同时具有广泛的适用性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一体化气象六要素传感器系统，包括传感器模块、与传感器模块通信连接的主控器以及与主控器通信连接的计算机终端上位机，其中传感器模块包括温湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器，包括A/D转换器，所述风速风向传感器通过A/D转换器连接至主控器，所述风速风向传感器采用超声波式风速风向传感器，所述风速风向传感器和A/D转换器之间依次设有滤波放大电路和检波电路。进一步地，所述雨量传感器通过A/D转换器连接至主控器，所述雨量传感器和A/D转换器之间设有电荷放大电路。进一步地，所述温湿度传感器采用仿I2C方式与主控器通信连接。进一步地，所述气压传感器采用SPI方式与主控器通信连接。进一步地，包括电源模块和多级降压电路，该多级降压电路包括一级降压电路和二级降压电路，所述电源模块与一级降压电路连接，所述一级降压电路的输出电压连接至二级降压电路，所述二级降压电路将输出电压传输至温湿度传感器、气压传感器、雨量传感器和主控器。进一步地，包括BOOST升压电路，所述主控器的输出电压连接至BOOST升压电路升压，所述一级降压电路的输出电压连接至BOOST升压电路升压，两个升压电压作为输出电压传输至风速风向传感器。进一步地，所述主控器采用基于ARMCortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片。进一步地，所述主控器通过通讯线缆与计算机终端上位机通信连接。进一步地，包括栅格，所述温湿度传感器和气压传感器均置于栅格内，所述气压传感器位于温湿度传感器的上方，所述主控器置于气压传感器的上方，所述风速风向传感器置于主控器的上方，所述雨量传感器置于风速风向传感器上方。进一步地，所述风速风向传感器包括4个，4个风速风向传感器采用2x2阵列布局，任意两个风速风向传感器垂直分布。有益效果：本专利技术与现有技术比较，具有的优点是：1、本专利技术采用了超声波式风速风向传感器，超声波式风速风向传感器依次连接滤波放大电路、检波电路到A/D转换器，提高超声波式风速风向传感器的采集信号强度，进一步提高了系统检测精度；2、本专利技术包括电源模块和多级降压电路，多级降压电路包括一级降压电路和二级降压电路，一级降压电路和二级降压电路组成两级降压模式，两级降压模式不同于一级降压模式，在实际使用过程中能够提高传感器的检测精度，避免仅采用一级降压设计存在影响传感器采样精度的风险，解决了风速风向传感器的电源供给，提高了系统检测精度；3、本专利技术环境适应能力强，不仅可以很好的满足军舰的要求，还适用于其他领域，比如电力传输系统，气象灾害监测，应急救援等领域，随着大数据时代的到来，生产各领域对于此类设备的需求将会出现高速增长，具有广泛的适用性；4、本专利技术集温度、湿度、大气压力、风速、风向、雨量六种气象参数测量功能于一体，传感器整体采用紧凑式设计，强调集成设计，小巧轻便，便于携带；5、本专利技术采用多样化通信接口，具有广泛的适用性；6、本专利技术成本低；7、本专利技术在各功能设计上，注重采用数字化成熟方案，强调集成设计，一体化设计突出该专利技术的便携性、轻量化、低成本、高精度、高环境适应能力，不需要人工维护，操作便捷，以校准；8、本专利技术声波式风速风向传感器针对两个通道上的两个相反方向检测，超声波式传感器两两相互垂直分布，此时温度对声波速度产生的影响就可忽略不计，进一步提高了检测的准确性。附图说明图1是本专利技术系统框图。图2是本专利技术电源设计图。图3是本专利技术中风速风向传感器驱动升压电路示意图。图4是本专利技术中风速风向传感器放大比较电路。图5是本专利技术系统装置结构示意图。图6是本专利技术中风速风向传感器分布示意图。标号说明：1、钢盖；2、压电加速度传感器；3、雨量传感器；4、风速风向传感器；5、主控器；6、气压传感器；7、温湿度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体化气象六要素传感器系统，包括传感器模块、与传感器模块通信连接的主控器以及与主控器通信连接的计算机终端上位机，其中传感器模块包括温湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器，其特征在于，包括A/D转换器，所述风速风向传感器通过A/D转换器连接至主控器，所述风速风向传感器采用超声波式风速风向传感器，所述风速风向传感器和A/D转换器之间依次设有滤波放大电路和检波电路。

【技术特征摘要】
1.一体化气象六要素传感器系统，包括传感器模块、与传感器模块通信连接的主控器以及与主控器通信连接的计算机终端上位机，其中传感器模块包括温湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器，其特征在于，包括A/D转换器，所述风速风向传感器通过A/D转换器连接至主控器，所述风速风向传感器采用超声波式风速风向传感器，所述风速风向传感器和A/D转换器之间依次设有滤波放大电路和检波电路。2.根据权利要求1所述的一体化气象六要素传感器系统，其特征在于，所述雨量传感器通过A/D转换器连接至主控器，所述雨量传感器和A/D转换器之间设有电荷放大电路。3.根据权利要求1所述的一体化气象六要素传感器系统，其特征在于，所述温湿度传感器采用仿I2C方式与主控器通信连接。4.根据权利要求1所述的一体化气象六要素传感器系统，其特征在于，所述气压传感器采用SPI方式与主控器通信连接。5.根据权利要求1所述的一体化气象六要素传感器系统，其特征在于，包括电源模块和多级降压电路，该多级降压电路包括一级降压电路和二级降压电路，所述电源模块与一级降压电路连接，所述一级降压电路的输出电压连接至二级降压电路，所述二级降...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德允，贺磊，张颖超，胡全辉，
申请(专利权)人：南京埃森环境技术股份有限公司，南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32