型便携式自动气象站用户手册

ZQZ-CY型便携式自动气象站用 户 手 册江苏省无线电科学研究所有限公司二一三年六月目 录1 产品简介11.1 概述11.2 系统组成11.2.1 数据采集器21.2.2 传感器31.2.3 通信51.2.4 电源52 技术指标62.1 测量性能指标62.2 环境条件62.3 电源电压62.4 采集器时钟精度62.5 数据存贮容量63 安装指南73.1 安装前的准备工作73.1.1 选择观测场所73.1.2 工具73.1.3 开箱检验73.2 安装支架93.3 安装采集箱93.4 安装传感器103.4.1 安装风传感器103.4.2 安装温湿度传感器103.4.3 安装雨量传感器113.4.4 安装气压传感器113.4.5 连接传感器信号电缆123.5 安装通信模块及天线123.6 安装本地通信电缆123.7 电源系统接入134 操作运行134.1 便携站调试144.2 GPRS通讯154.3 本地通讯155 维护155.1 传感器的维护155.1.1 风传感器155.1.2 温湿度传感器155.1.3 雨量传感器165.1.4 气压传感器165.2 电源的维护165.3 机箱及电缆的维护166 附录166.1 设备组成清单166.2 主机箱接线图176.3 总体示意图18 ZQZ-CY型便携式自动站用户手册 江苏省无线电科学研究所有限公司1 产品简介1.1 概述ZQZ-CY型便携式自动气象站是一种便携式地面自动气象观测设备，可以测量风向、风速、温度、湿度、雨量和气压等气象要素。本产品可以用笔记本电脑在现场读取数据；同时支持GPRS，CDMA, DCP卫星通讯等方式接入地面气象监测网。整机为室外型设计，能够迅速地安装和使用。特别适用于突发性灾害性天气的现场监控、突发事件（如火灾、洪涝灾害）的响应以及学校科研教学、流动气象观测哨、短期科学考察、季节性生态监测等。本产品采用积木式结构，如图1。安装支架风传感器DCP电源箱主采集机箱DCP天线温湿度传感器图1 ZQZ-CY便携式自动气象站 本产品具有如下特点：1) 可靠的三防设计，防护级别达到IP65级；2) 精细的结构设计，充分保证快速的安装和拆卸；3) 低功耗，适用多种供电方式；提高了设备的环境适应性；4) 具有大容量数据存储功能；5) 支持本地有线通信和远程无线通信，满足不同需求。1.2 系统组成ZQZ-CY型便携式自动气象站由数据采集器、传感器、电源、通信模块和安装支架等几个部分组成。1.2.1 数据采集器数据采集器是整个自动站系统的核心部分。ZQZ-CY便携式自动气象站采用WUSH-BH6数据采集器，它包括接口与保护电路、主控单元、数据存储器、通信接口电路、实时时钟等部分。数据采集器以单片机为基础，通过其内置程序控制传感器采样频率，实现不同气象要素的数据采集、计算、存储和传输。数据采集器上配备了3个RS-232串口，既可用于本地调试通信和光纤通信，也可用于实现远程无线（GPRS）数据传输。雨量风速风向GPRS通信光纤通信温度湿度本地通信电源气压CF卡 图2 WUSH-BH6数据采集器 l 有线通信用通信电缆连接自动站采集器机箱的“本地通信”串口及电脑串口，可进行本地有线通信，实现在观测现场直接读取数据或进行现场测试。本地通信端口的通信参数为：波特率9600bps，数据位8，停止位1，校验位N。l 无线通信自动站采集器的“GPRS”串口接上GPRS模块（CDMA模块）后，可实现远程无线组网通信。在移动通信网覆盖且已开展GPRS或CDMA 1X业务的地方，均可采用这种方式。远程通信端口的通信参数为：波特率9600bps，数据位8，停止位1，校验位N。l DCP通讯本产品可以扩展支持DCP通讯，通过扩展配置DCP通讯模块，可以在无人地区及无移动通信网覆盖的地区实现北斗卫星传输。1.2.2 传感器标准配置的ZQZ-CY型便携式自动气象站可以测量风向、风速、温度、相对湿度、雨量和气压六个要素，并预留总辐射、地温、能见度等扩展口。各传感器的选型如下表。传感器型号制造商风向风速传感器05106美国RM YOUNG公司雨量传感器SL3-1上海气象仪器厂温度传感器WUSH-TW100江苏省无线电科学研究所有限公司湿度传感器DHC2江苏省无线电科学研究所有限公司气压传感器DYC1江苏省无线电科学研究所有限公司l YOUNG型风向风速传感器05106型风速风向传感器是美国RM YOUNG 公司生产的，它具有卓越的性能和优异的环境适应性，能够适应各种复杂的测量环境。其使用的材料是能够抵御来自大气污染和海洋空气环境的高强度、防紫外的热塑性材料、不锈钢和电镀铝。 05106的风速传感器采用螺旋桨式，风向传感器采用尾桨式电位计，二者采用一体化设计，有效降低空间占用，并减少仪器本身对测量数据的影响。05106型风速风向传感器对海洋和强沙尘环境都拥有良好的适应性，拥有比同类型其它产品更高的使用寿命。 l 温度传感器温度传感器的标准配置为WUSH-TW100高精度铂电阻传感器。WUSH-TW100是我公司研制的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。温度传感器的感温元件为Pt100铂电阻，在0时的电阻值为100，温度每上升或下降1，则电阻值增大或减小约0.39。采集器用四线制测量方法测量Pt100铂电阻，通过上述温度与电阻值的对应关系得出温度值。l 湿度传感器湿度传感器选用 DHC2型湿度传感器。DHC2型湿度传感器是我公司最新研制并通过中国气象局考核的新一代湿度传感器，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。湿度传感器的感应元件为高分子湿敏电容，其电容CH随高分子膜的吸、放湿而变化。测出RC振荡电路的频率即可计算出CH值，从而计算出大气相对湿度值。湿度传感器的输出信号为01V的直流电压，对应0100%的相对湿度。l 雨量传感器雨量传感器选用SL3-1型雨量传感器。该传感器由外筒、集水器、翻斗组件、底盘和支架等组成。设计采用双翻斗式技术原理，其输出为开关信号。雨水经外筒汇集到集水器后，通过短过滤网注入宝石支撑点上的计数翻斗，计数翻斗每承积到相当于0.1mm降雨量的雨水就翻转一次，驱动干簧管瞬间闭合一次，输出一个闭合脉冲信号。通过对输出的脉冲闭合信号计数即可测得分辨率为0.1mm的降雨量。l 气压传感器气压传感器采用我公司开发并通过中国气象局考核的DYC1型大气压力传感器，具有卓越的压滞性、重复性、高可靠性、高准确性、长期稳定性好、免维护等特点。DYC1型气压传感器测量性能优于我国目前绝大多数气象台站正在使用的PTB220气压传感器，并且在机械结构、电气接口、安装尺寸和通信协议等方面均兼容PTB220，完全可以实现无缝替换，大大方便原有台站的维护，降低维护成本。1.2.3 通信ZQZ-CY型便携式自动气象站可以通过GPRS通信(CDMA)模块或DCP通信模块实现远程无线通信及组网。作为国家级业务台站的备份与应急自动站，便携式自动站预留了本地光纤通信方式，保证业务台站在必要时能够快速实现有线通信及组网。太阳能板控制器主采集器YOUNG风变送器光纤模块预留接口GPRS模块GPRS天线 图3 ZQZ-CY便携式自动站主机箱 1.2.4 电源ZQZ-CY型便携式自动气象站电源系统与采集系统、通信系统采用一体式机箱结构设计。机箱中配置了1节容量为20Ah/12V的锂电池，电源系统选配接入一块10W太阳能板，在户外使用时还可以选配汽车电源作为电源系统的补给。当扩展使用DCP通讯方式时，DCP电源系统需单独配置20Ah/12V的锂电池进行供电。便携站锂电池气压传感器图4 主机箱底板反转后 2 技术指标2.1 测量性能指标序号气象要素测量范围分辨力准确度1风向0360152风速060m/s0.1m/s1m/s（20m/s时）5% （20m/s时）3温度-50+500.10.24相对湿度0100%1%3%（80%时）5%（80%时）5雨量0999.9mm0.1mm0.4mm（10mm时）4% （10mm时）6气压5001100hPa0.1hPa0.2hPa2.2 环境条件温度：-4050湿度：0100%RH防护等级：IP65（防尘、防雨水，但不能浸水）2.3 电源电压直流额定电压1114V。2.4 采集器时钟精度 月累计误差小于15秒。2.5 数据存贮容量WUSH-BH6采集器数据存储具有断电记忆功能，采集器自带内存可存储2个月的分钟和正点数据。同时采集器还预留CF卡存储接口，2G CF卡可以存储2年的分钟和正点原始数据。3 安装指南3.1 安装前的准备工作3.1.1 选择观测场所在选择观测场所时应根据安装规范尽量远离高大建筑物或树木等物体，如使用无线通信方式传输，需保证所选择的观测场所具有GPRS(CDMA)的通讯信号。观测场所位置的选择可参照图2进行。图5 观测场所位置示意图3.1.2 工具在安装前需准备以下工具： 1) 水平尺 2) 锤子 3）螺丝刀 4) 万用表 5）指南针3.1.3 开箱检验本产品标准配置分4个包装箱（配双电源箱时为5个包装箱），参见下图。安装之前，请先根据装箱单核查箱内物品，以免因缺少部件或部件损坏而影响到安装使用。系统使用结束后请按原包装箱放置，并仔细检查，以免遗漏。图6 主采集箱外包装主机箱资料袋温湿度图7 温湿度、风传感器等包装温湿度电源箱太阳能板电源箱子充电器风传感器图8 雨量筒包装雨量筒雨量钢钎拉索钢钎拉索自动站支架图9 便携式自动站支架包装 注：由于公司产品不断改进，有可能造成实物与图片不完全相同。如有变更，请以实物为准，恕不另行通知。 3.2 安装支架支架分为三角架和升降杆两部分。使用全套支架时，通过调节升降杆，最大高度可达3m。观测平台为地面时，将三角支架三个脚撑开，并支架中部限位套卡入限位槽，用钢钎将三角架固定在地面，然后将升降杆逆时针旋松此升降杆,调节升降杆高度后再将其顺时针拧紧。在安装中过程中应保证其中一个三角支架的脚朝向南方，以便于太阳能板的安装。逆时针旋松此升降杆,调节升降杆高度后再将其顺时针拧紧撑开支架的三个脚。保证其中一脚朝南。用钢钎固定，并用锤子加力紧固将限位套卡如限位槽 图10 支架安装示意图 3.3 安装采集箱 在本产品中采集箱，电源箱，温湿度传感器的防辐射罩以及太阳能板的安装均采用快拆型抱箍形式。采集箱背部出厂时已安装有2组快拆抱箍，将采集箱安装至支架升降架上，方向朝北。快拆抱箍安装示意图见图8：图11 安装快拆抱箍扣上紧固片将另一紧固片顺时针方向扣紧 3.4 安装传感器ZQZ-CY便携式自动站的现场安装过程一般分为部件安装（包括各传感器、安装支架、机箱太阳能板等）、现场检查确认和中心站数据确认等过程。3.4.1 安装风传感器风传感器黑色机身的信号电缆一侧下端有个定位凹槽，与定位卡环上的凸块啮合后，使其对准地理南方向。风传感器电缆一端为5芯孔接线端子，接至采集箱底部“风向风速”接图12 风传感器的安装和定位 (a) (b) 先将定位卡环套在固定杆上，再将风传感器装到固定杆上，然后上移定位卡环使卡环上的定位凸块嵌入风传感器的定位凹槽内，并转动定位卡环和传感器，使凹凸定位处指向正南，再收紧定位卡环和传感器上的不锈钢喉箍，固定定位卡环和风传感器。3.4.2 安装温湿度传感器温湿度传感器在出厂时已安装到防辐射罩内，只需将防辐射罩安装架固定在升降杆上，安装方法详见图8安装快拆抱箍，安装时应确保传感器感应头安装在距地面1.5m高度的位置上，方向朝南。温湿度传感器需通过温湿度电缆连接至采集箱底部温湿度接口，该电缆一端为8芯孔接线端子接插至温湿度传感器底部，另一端为8芯针接线端子接插至采集箱底部“温湿度”接口。图13 温湿度传感器安装示意图8芯孔接线端子接插至温湿度传感器底部8芯针接线端子接插至采集箱底部 3.4.3 安装雨量传感器 雨量传感器需安装在便携式自动站专用的雨量安装支架上，如图11。 使用钢钎把雨量传感器安装支架固定安装现场。 卸下雨量传感器不锈钢外筒，把雨量传感器底盘的三个安装孔与与雨量安装支架上螺杆进行固定，通过调节雨量安装支架螺杆上的3个M8的螺母高度来调节雨量底盘的水平状态，使雨量底盘上的水平泡在中心圆圈内，然后在三个螺丝上再分别拧上一个M8螺母并旋紧。把雨量信号电缆带插片的一头从下往上从雨量传感器底盘的穿线孔中穿出，按电缆颜色把插片接在相应颜色的接线柱上（红对红，黑对黑），并旋紧接线柱的紧固螺母。雨量信号电缆的另一端接插件与采集机箱对接。 使用剪刀等工具把固定翻斗用的橡皮筋剪断并拿走（除非熟练操作人员，我们不建议直接用手把橡皮筋拿掉！），用手指轻轻拨动各翻斗以检查其能否灵活翻转。最理想的方法是缓慢地在承水漏斗处加适量的水，检查各层翻斗是否灵活翻转。套上不锈钢外筒，并旋紧外筒壳紧固螺钉。雨量传感器安装在支架上支架螺杆固定雨量传感器使用钢钎固定雨量支架图14 雨量传感器安装示意图 3.4.4 安装气压传感器 本产品出厂时，气压传感器已安装在采集箱内，不需要用户再行安装。如需更换气压传感器，只需把采集箱内底板固定螺丝松开进行旋转。见上图43.4.5 连接传感器信号电缆 将各传感器电缆及电源电缆相对应的插头件端插入采集箱底部插座上并旋紧固定好即可。接插时应检查采集箱对应接口，注意避免插错接头。数据采集器风向风速电源DCP备用本地通讯DCP备用太阳能电源图15 采集箱及电源箱插座示意图雨量温湿度采集箱及电源箱底部插座的排列顺序可参照图12。 3.5 安装通信模块及天线 便携式自动站如采用GPRS/CDMA 1X等无线通信方式时，需安装通信模块。一般情况下，出厂时通信模块已安装在采集箱内，现场需装上天线和SIM卡。SIM卡由用户提供，在使用前需确保已开通CMNET上网业务并且帐户上有足够的费用。GPRS模块的SIM卡从左上部的侧面插入，装入或取出时需要打开SIM卡盖。插入时请注意SIM卡的缺口朝外，并将SIM卡插入到位。见图13。将天线插头插入模块顶部的天线插座上，把模块的磁座天线吸附在机箱内的铁片上，若现场网络信号不佳，也可将天线通过机箱底部的防水接头处伸出。插入SIM卡和天线后，重新装上SIM卡盖并固定，以防SIM卡和天线移位或脱落。 图16 GPRS模块安装示意图天线吸附处天线向外插处SIM卡盖天线插孔插SIM卡示意 3.6 安装本地通信电缆现场使用本地通信电缆对自动站进行调试时，直接将通信电缆一端插到采集箱下相应的“本地通信”插座上，另一端插到电脑的232串口上即可。如果电脑上没有232串口，可外接USB-RS232转换器将USB口转换成232串口。 本地通信电缆两端均为9芯孔式D型连接器，其接线如图14所示。图14 本地通信电缆接线图图17 本地通信电缆接线示意图3.7 电源系统接入便携式自动站充分考虑了现场安装时简单快捷的需求，采用电源系统与采集系统一体式的结构设计，当选用太阳能板补给供电时，现场安装时只需使用快拆抱箍把太阳能板固定在三脚安装支架朝南方向的一个支脚上，然后把从太阳能板引出的电源电缆接插至电源箱底部“太阳能”接口处。如图15太阳能板安装方向朝南图18 太阳能板安装示意图 在出厂时主机箱内部电池接线端子为断开状态，第一次使用时请检查是否连接。详见图16。注意：在本产品未使用时，请尽量保证电池接线端子处于断开状态。 图19电池电源线断开状态 本产品还可以选配点烟器电缆，一端为车载点烟器插头，另一端为4芯孔接插件（同太阳能板接插件）以便于现场可使用汽车电源给自动站电源系统供电。4 操作运行检查所有电缆连接正确后，检查数据采集器开始运行，运行指示灯开始秒闪。4.1 便携站调试当一套完整的便携站硬件安装完成后，可以在现场通过计算机上的调试软件接收和看到实时数据，对自动站数据情况进行判断。下面以SSCOM32 串口调试软件为例进行说明：1、 打开SSCOM32 软件，出现图20界面图20 SSCMO32软件界面 2、在“命令输入框”中输入命令“ALTP XX.X”,点击发送，现场设置气压传感器拔海高度。如现场拔海高度为15.5米，即输入命令“ALTP 15.5”,点击发送，返回“T”,即为设置正确。3、在“命令输入框”中输入命令“samples”,点击发送。4、 对现场数据进行判断，确认数据合理性后，将采集器接入到通信模块上，并等待通信模块登录到GPRS/CDMA 1X网络和数据中心。4.2 GPRS通讯采用GPRS/CDMA 1X远程无线通信方式时，需在数据中心安装配套的中心站软件，并在中心站软件中添加该自动站。添加台站的方法见自动气象站监控管理软件Professional中心站。 登录情况现场可通过通信模块的指示灯来观察判断，等待时间一般在上电后半分钟左右（因各地信号情况不同，有时可能会需要更长的时间）。GPRS模块工作状态指示：PWR灯：正常登录到中心站时，每隔8秒钟亮一次。DATA灯：平时不亮，有数据收发时闪烁。NET灯：找到GPRS网络后该灯常亮。通信模块登录正常后，中心站就可接收自动站的数据了。PWR灯DATA灯NET灯GPRS模块指示灯示意图4.3 本地通讯 作为业务站的应急备份自动站，ZQZ-CY便携式自动站可以以通过本地通信的方式直接与OSSMO 2010软件进行连接使用，具体软件使用操作方法参见OSSMO 2010软件安装使用指南。5 维护便携式自动气象站不使用时应拆卸后放入专用包装箱中，运输过程中避免强烈碰撞和挤压。各传感器在使用过程中应轻拿轻放，防止损坏、变形。传感器出厂前都经过检定和校准，请您根据气象仪器检定的相关要求进行定期的检定和校准。5.1 传感器的维护5.1.1 风传感器风传感器在出厂前已调整好，用户不要轻易拆装，如果有问题，可以寄回厂家修理。5.1.2 温湿度传感器在发现性能下降之前，一般无需特别维护。5.1.3 雨量传感器雨量传感器在现场使用过程中应定期进行维护保养，以防风沙及其它因素而影响正常使用，如遇特殊环境影响，可根据实际情况进行维护保养。具体事项如下：1) 维护保养工作尽量在自动站停止使用期间进行，如必须在自动站运行时进行，注意应先将电缆插头拔下，以免误动作影响测试数据。2) 将外筒取下，将过滤网拿掉，用清水将外筒冲洗干净，并将过滤网刷洗干净再放回外筒中。3) 将翻斗轻轻取出，再将短过滤网拿出，然后用清水冲洗干净，并将短过滤网刷洗干净后重新放入集水器（黑色小漏斗）中，注意要放正。4) 将取出的翻斗用清水刷洗干净（切勿用酒精或汽油清洗），并将清洗后的翻斗背面用干净的布或餐、面巾纸擦干净（注意不要用手触摸翻斗内侧），再将翻斗放回原处用手轻轻拨动翻斗螺钉处使其能正常翻转。5) 将防虫罩取下清洗干净后，放回原处。6) 上述工作完毕，将电缆线接好，并将外筒固定。5.1.4 气压传感器气压传感器在发现性能下降之前，一般无需特别维护。但需要注意的是，对于不同型号的气压传感器，其对应的接线是不一样的，在更换备件时请检查气压传感器型号和附图中接线对应关系，避免因接错线而损坏传感器，特别是电源线切勿接错！5.