一種智能氣象傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣象傳感器的設(shè)計(jì)，尤其是各種氣象傳感器的智能化設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣象傳感器是開展氣象要素測(cè)量的重要部件，傳統(tǒng)氣象傳感器組成如圖1所示，主要由敏感元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換單元等組成，輸出的是電阻、電壓或脈沖信號(hào)等電參量，而不是需要測(cè)量的氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象參量。將電參量轉(zhuǎn)換為氣象參量，還需要另外的數(shù)據(jù)采集器完成信號(hào)調(diào)理、線性化處理、定標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等，由于各類傳感器的補(bǔ)償參數(shù)及定標(biāo)系數(shù)等固化在數(shù)據(jù)采集器中，且每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的參數(shù)及系數(shù)都不相同，因此在氣象傳感器出現(xiàn)故障更換時(shí)，同時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)采集器內(nèi)的補(bǔ)償參數(shù)等進(jìn)行重新修訂，數(shù)據(jù)采集軟件也需要更新，從而造成傳統(tǒng)氣象傳感器維修更換與計(jì)量檢定復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)傳感器的熱拔插。
[0003]另外，由于傳統(tǒng)氣象傳感器僅有敏感單元和簡(jiǎn)單信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，沒有數(shù)據(jù)處理芯片，無法實(shí)現(xiàn)傳感器狀態(tài)的檢測(cè)診斷和對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的質(zhì)量控制處理等智能化功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，提供一種智能化氣象傳感器，解決傳統(tǒng)氣象傳感器智能化程度低、維修更換與計(jì)量檢定復(fù)雜等弊端。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種智能氣象傳感器，包括敏感單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、嵌入式微處理器、通信接口單元、電源單元；
[0006]所述敏感單元包括對(duì)氣象要素感應(yīng)的智能氣象傳感器，用于將氣象要素轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電參量；
[0007]所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元包括低通濾波、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感單元輸出電參量的調(diào)理及模擬量/數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換；
[0008]所述嵌入式微處理器，通過相關(guān)智能算法，完成對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理；并接收上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置，以及傳感器自檢和自診斷；
[0009]所述相關(guān)智能算法為:嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達(dá)氣象傳感器的最小采樣時(shí)間，若是，則進(jìn)行采樣并對(duì)采樣的數(shù)據(jù)處理；若否，則判斷是否到達(dá)通信協(xié)議中規(guī)定的氣象要素輸出時(shí)間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數(shù)據(jù)，若否則返回繼續(xù)判斷是否到達(dá)采樣時(shí)間；所述數(shù)據(jù)處理包括數(shù)字濾波、非線性補(bǔ)償、工程量到氣象參量的轉(zhuǎn)換、質(zhì)量檢查、存儲(chǔ)、通信控制；
[0010]所述通信接口單元設(shè)置單模單纖雙向ST光接口，異步串行I/O方式按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸；具有主動(dòng)發(fā)送、應(yīng)答發(fā)送兩種通信模式；當(dāng)傳感器加電連接到上位機(jī)后，主動(dòng)發(fā)送登錄信息，在登錄成功后，按照預(yù)設(shè)模式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的通信。
[0011]進(jìn)一步的，所述嵌入式微處理器為采用ARM、DSP或者FPGA技術(shù)的微處理模塊。
[0012]進(jìn)一步的，所述登錄信息包括智能氣象傳感器生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、傳感器種類、生產(chǎn)批號(hào)和序列號(hào)，采用通信協(xié)議中規(guī)定的編碼方式實(shí)現(xiàn)。
[0013]進(jìn)一步的，所述預(yù)設(shè)模式通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置，為主動(dòng)模式、應(yīng)答模式、或者設(shè)置自動(dòng)發(fā)送時(shí)間間隔。
[0014]進(jìn)一步的，所述電源模塊采用直流12V供電，并根據(jù)嵌入式微處理器的需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓。
[0015]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:智能氣象傳感器直接輸出的是所需測(cè)量的氣象參量，所需要的質(zhì)量檢查、修正處理在智能氣象傳感器內(nèi)部完成，具有統(tǒng)一的電源、通信接口和通信協(xié)議和主動(dòng)登錄功能，方便了維修更換與計(jì)量檢定，實(shí)現(xiàn)了傳感器的自檢、自診斷、熱拔插和上位機(jī)的自動(dòng)識(shí)別功能。
【附圖說明】
[0016]圖1傳統(tǒng)氣象傳感器組成框圖；
[0017]圖2智能氣象傳感器的基本結(jié)構(gòu)；
[0018]圖3智能算法程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖2所示，采用嵌入式微處理器技術(shù)，使傳統(tǒng)的氣象傳感器具有智能化處理功能和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制功能。智能氣象傳感器由敏感單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、嵌入式微處理器、通信接口單元、電源單元及相關(guān)智能算法軟件組成。智能氣象傳感器接入具有通信接口的顯示終端后即可組成一種氣象觀測(cè)儀器。
[0020]所述敏感單元由對(duì)氣象要素感應(yīng)的元件和裝置組成，用于將氣象要素轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電參量。
[0021]所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元由低通濾波、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換等相關(guān)部件組成，用于實(shí)現(xiàn)各類電信號(hào)的調(diào)理及模擬量/數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。
[0022]所述嵌入式微處理器，通過相關(guān)智能算法，完成對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理；并接收上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置，以及傳感器自檢和自診斷；如圖3所示，所述相關(guān)智能算法為:嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達(dá)氣象傳感器的最小采樣時(shí)間，若是，則進(jìn)行采樣并對(duì)采樣的數(shù)據(jù)處理；若否，則判斷是否到達(dá)通信協(xié)議中規(guī)定的氣象要素輸出時(shí)間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數(shù)據(jù)，若否則返回繼續(xù)判斷是否到達(dá)采樣時(shí)間；所述數(shù)據(jù)處理包括數(shù)字濾波、非線性補(bǔ)償、工程量到氣象參量的轉(zhuǎn)換、質(zhì)量檢查、存儲(chǔ)、通信控制。
[0023]所述通信接口單元采用光纖接口、異步串行I/O方式按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸。具有主動(dòng)發(fā)送、應(yīng)答發(fā)送兩種通信模式。當(dāng)傳感器加電連接到上位機(jī)后，主動(dòng)發(fā)送登錄信息，在登錄成功后，按照預(yù)設(shè)模式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的通信。登錄信息包括當(dāng)傳感器智能氣象傳感器生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、傳感器種類、生產(chǎn)批號(hào)和序列號(hào)等，采用規(guī)定的編碼方式實(shí)現(xiàn)。預(yù)設(shè)模式可以通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置，如主動(dòng)或應(yīng)答模式、自動(dòng)發(fā)送時(shí)間間隔等。
[0024]所述電源模塊采用直流12V供電，并根據(jù)嵌入式微處理器的需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓。
[0025]敏感單元感應(yīng)氣象要素，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，由嵌入式微處理器內(nèi)部的智能算法，按照流程進(jìn)行采樣處理，經(jīng)過內(nèi)部低通濾波、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、工程量到氣象參量的轉(zhuǎn)換、質(zhì)量檢查后生成所需的氣象參量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸。
[0026]每一個(gè)氣象傳感器具有唯一的ID號(hào)，標(biāo)識(shí)傳感器類型、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、編號(hào)等信息。通信接口單元采用單模單纖雙向ST光接口，發(fā)送/接收波長(zhǎng)1310/1550nm。光纖通信采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。通過上位機(jī)對(duì)傳感器校準(zhǔn)參數(shù)、質(zhì)量控制參數(shù)以及相應(yīng)的采集處理參數(shù)，如采樣頻率、平均時(shí)間長(zhǎng)度、輸出時(shí)間間隔等進(jìn)行設(shè)置。
[0027]以上描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)選實(shí)施方式。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物規(guī)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能氣象傳感器，其特征在于:包括敏感單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、嵌入式微處理器、通信接口單元、電源單元； 所述敏感單元包括對(duì)氣象要素感應(yīng)的智能氣象傳感器，用于將氣象要素轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電參量; 所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元包括低通濾波、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感單元輸出電參量的調(diào)理及模擬量/數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換； 所述嵌入式微處理器，通過相關(guān)智能算法，完成對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理；并接收上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置，以及傳感器自檢和自診斷； 所述相關(guān)智能算法為:嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達(dá)氣象傳感器的最小采樣時(shí)間，若是，則進(jìn)行采樣并對(duì)采樣的數(shù)據(jù)處理；若否，則判斷是否到達(dá)通信協(xié)議中規(guī)定的氣象要素輸出時(shí)間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數(shù)據(jù)，若否則返回繼續(xù)判斷是否到達(dá)采樣時(shí)間；所述數(shù)據(jù)處理包括數(shù)字濾波、非線性補(bǔ)償、工程量到氣象參量的轉(zhuǎn)換、質(zhì)量檢查、存儲(chǔ)、通信控制； 所述通信接口單元設(shè)置單模單纖雙向ST光接口，異步串行I/O方式按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸；具有主動(dòng)發(fā)送、應(yīng)答發(fā)送兩種通信模式；當(dāng)傳感器加電連接到上位機(jī)后，主動(dòng)發(fā)送登錄信息，在登錄成功后，按照預(yù)設(shè)模式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能氣象傳感器，其特征在于:所述嵌入式微處理器為采用ARM、DSP或者FPGA技術(shù)的微處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能氣象傳感器，其特征在于:所述登錄信息包括智能氣象傳感器生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、傳感器種類、生產(chǎn)批號(hào)和序列號(hào)，采用通信協(xié)議中規(guī)定的編碼方式實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能氣象傳感器，其特征在于:所述預(yù)設(shè)模式通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置，為主動(dòng)模式、應(yīng)答模式、或者設(shè)置自動(dòng)發(fā)送時(shí)間間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能氣象傳感器，其特征在于:所述電源模塊采用直流12V供電，并根據(jù)嵌入式微處理器的需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓。
【專利摘要】一種智能氣象傳感器，包括敏感單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、嵌入式微處理器、通信接口單元、電源單元；嵌入式微處理器，通過相關(guān)智能算法，完成對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理；并接收上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置，以及傳感器自檢和自診斷；所述相關(guān)智能算法為：嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達(dá)氣象傳感器的最小采樣時(shí)間，若是，則進(jìn)行采樣并對(duì)采樣的數(shù)據(jù)處理；若否，則判斷是否到達(dá)通信協(xié)議中規(guī)定的氣象要素輸出時(shí)間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數(shù)據(jù)，若否則返回繼續(xù)判斷是否到達(dá)采樣輸出時(shí)間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數(shù)據(jù)，若否則返回繼續(xù)判斷是否到達(dá)采樣時(shí)間。通過該智能氣象傳感器直接輸出的是所需測(cè)量的氣象參量。
【IPC分類】G01W1-18, G01W1-00
【公開號(hào)】CN104678457
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510101323
【發(fā)明人】衛(wèi)克晶, 孫學(xué)金, 楊長(zhǎng)業(yè), 趙世軍, 王曉蕾, 陳曉穎
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日