一種智能氣象傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氣象傳感器的設計，尤其是各種氣象傳感器的智能化設計。
【背景技術】
[0002]氣象傳感器是開展氣象要素測量的重要部件，傳統氣象傳感器組成如圖1所示，主要由敏感元件和信號轉換單元等組成，輸出的是電阻、電壓或脈沖信號等電參量，而不是需要測量的氣溫、濕度、氣壓、風向、風速等氣象參量。將電參量轉換為氣象參量，還需要另外的數據采集器完成信號調理、線性化處理、定標轉換、數據質量控制等，由于各類傳感器的補償參數及定標系數等固化在數據采集器中，且每個傳感器對應的參數及系數都不相同，因此在氣象傳感器出現故障更換時，同時需要對數據采集器內的補償參數等進行重新修訂，數據采集軟件也需要更新，從而造成傳統氣象傳感器維修更換與計量檢定復雜，無法實現傳感器的熱拔插。
[0003]另外，由于傳統氣象傳感器僅有敏感單元和簡單信號轉換功能，沒有數據處理芯片，無法實現傳感器狀態的檢測診斷和對數據信號的質量控制處理等智能化功能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是，提供一種智能化氣象傳感器，解決傳統氣象傳感器智能化程度低、維修更換與計量檢定復雜等弊端。
[0005]本發明的技術方案是:一種智能氣象傳感器，包括敏感單元、信號轉換單元、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氣象要素感應的智能氣象傳感器，用于將氣象要素轉換為相應電參量；
[0007]所述信號轉換單元包括低通濾波、信號調理、A/D轉換，用于實現對敏感單元輸出電參量的調理及模擬量/數字量之間的轉換；
[0008]所述嵌入式微處理器，通過相關智能算法，完成對信號轉換單元輸出的數字信號的數據處理；并接收上位機的參數設置，以及傳感器自檢和自診斷；
[0009]所述相關智能算法為:嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達氣象傳感器的最小采樣時間，若是，則進行采樣并對采樣的數據處理；若否，則判斷是否到達通信協議中規定的氣象要素輸出時間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數據，若否則返回繼續判斷是否到達采樣時間；所述數據處理包括數字濾波、非線性補償、工程量到氣象參量的轉換、質量檢查、存儲、通信控制；
[0010]所述通信接口單元設置單模單纖雙向ST光接口，異步串行I/O方式按照統一的數據傳輸協議進行數據和命令的傳輸；具有主動發送、應答發送兩種通信模式；當傳感器加電連接到上位機后，主動發送登錄信息，在登錄成功后，按照預設模式與上位機進行數據和命令的通信。
[0011]進一步的，所述嵌入式微處理器為采用ARM、DSP或者FPGA技術的微處理模塊。
[0012]進一步的，所述登錄信息包括智能氣象傳感器生產廠家、生產日期、傳感器種類、生產批號和序列號，采用通信協議中規定的編碼方式實現。
[0013]進一步的，所述預設模式通過上位機進行設置，為主動模式、應答模式、或者設置自動發送時間間隔。
[0014]進一步的，所述電源模塊采用直流12V供電，并根據嵌入式微處理器的需要轉換為相應的直流電壓。
[0015]與現有的技術相比，本發明的有益效果是:智能氣象傳感器直接輸出的是所需測量的氣象參量，所需要的質量檢查、修正處理在智能氣象傳感器內部完成，具有統一的電源、通信接口和通信協議和主動登錄功能，方便了維修更換與計量檢定，實現了傳感器的自檢、自診斷、熱拔插和上位機的自動識別功能。
【附圖說明】
[0016]圖1傳統氣象傳感器組成框圖；
[0017]圖2智能氣象傳感器的基本結構；
[0018]圖3智能算法程序流程圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖2所示，采用嵌入式微處理器技術，使傳統的氣象傳感器具有智能化處理功能和數據質量控制功能。智能氣象傳感器由敏感單元、信號轉換單元、嵌入式微處理器、通信接口單元、電源單元及相關智能算法軟件組成。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儀器。
[0020]所述敏感單元由對氣象要素感應的元件和裝置組成，用于將氣象要素轉換為相應電參量。
[0021]所述信號轉換單元由低通濾波、信號調理、A/D轉換等相關部件組成，用于實現各類電信號的調理及模擬量/數字量之間的轉換。
[0022]所述嵌入式微處理器，通過相關智能算法，完成對信號轉換單元輸出的數字信號的數據處理；并接收上位機的參數設置，以及傳感器自檢和自診斷；如圖3所示，所述相關智能算法為:嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達氣象傳感器的最小采樣時間，若是，則進行采樣并對采樣的數據處理；若否，則判斷是否到達通信協議中規定的氣象要素輸出時間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數據，若否則返回繼續判斷是否到達采樣時間；所述數據處理包括數字濾波、非線性補償、工程量到氣象參量的轉換、質量檢查、存儲、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方式按照統一的數據傳輸協議進行數據和命令的傳輸。具有主動發送、應答發送兩種通信模式。當傳感器加電連接到上位機后，主動發送登錄信息，在登錄成功后，按照預設模式與上位機進行數據和命令的通信。登錄信息包括當傳感器智能氣象傳感器生產廠家、生產日期、傳感器種類、生產批號和序列號等，采用規定的編碼方式實現。預設模式可以通過上位機進行設置，如主動或應答模式、自動發送時間間隔等。
[0024]所述電源模塊采用直流12V供電，并根據嵌入式微處理器的需要轉換為相應的直流電壓。
[0025]敏感單元感應氣象要素，通過信號轉換單元進行轉換后，由嵌入式微處理器內部的智能算法，按照流程進行采樣處理，經過內部低通濾波、信號調理、A/D轉換、非線性補償、工程量到氣象參量的轉換、質量檢查后生成所需的氣象參量，并進行數據存儲和傳輸。
[0026]每一個氣象傳感器具有唯一的ID號，標識傳感器類型、生產廠家、生產日期、編號等信息。通信接口單元采用單模單纖雙向ST光接口，發送/接收波長1310/1550nm。光纖通信采用RS-232C標準。通過上位機對傳感器校準參數、質量控制參數以及相應的采集處理參數，如采樣頻率、平均時間長度、輸出時間間隔等進行設置。
[0027]以上描述了本發明的基本原理、主要特征和優選實施方式。對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾都落入本發明的保護范圍內。本發明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物規定。
【主權項】
1.一種智能氣象傳感器，其特征在于:包括敏感單元、信號轉換單元、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氣象要素感應的智能氣象傳感器，用于將氣象要素轉換為相應電參量; 所述信號轉換單元包括低通濾波、信號調理、A/D轉換，用于實現對敏感單元輸出電參量的調理及模擬量/數字量之間的轉換； 所述嵌入式微處理器，通過相關智能算法，完成對信號轉換單元輸出的數字信號的數據處理；并接收上位機的參數設置，以及傳感器自檢和自診斷； 所述相關智能算法為:嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達氣象傳感器的最小采樣時間，若是，則進行采樣并對采樣的數據處理；若否，則判斷是否到達通信協議中規定的氣象要素輸出時間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數據，若否則返回繼續判斷是否到達采樣時間；所述數據處理包括數字濾波、非線性補償、工程量到氣象參量的轉換、質量檢查、存儲、通信控制； 所述通信接口單元設置單模單纖雙向ST光接口，異步串行I/O方式按照統一的數據傳輸協議進行數據和命令的傳輸；具有主動發送、應答發送兩種通信模式；當傳感器加電連接到上位機后，主動發送登錄信息，在登錄成功后，按照預設模式與上位機進行數據和命令的通信。
2.根據權利要求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技術的微處理模塊。
3.根據權利要求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廠家、生產日期、傳感器種類、生產批號和序列號，采用通信協議中規定的編碼方式實現。
4.根據權利要求1所述的一種智能氣象傳感器，其特征在于:所述預設模式通過上位機進行設置，為主動模式、應答模式、或者設置自動發送時間間隔。
5.根據權利要求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，并根據嵌入式微處理器的需要轉換為相應的直流電壓。
【專利摘要】一種智能氣象傳感器，包括敏感單元、信號轉換單元、嵌入式微處理器、通信接口單元、電源單元；嵌入式微處理器，通過相關智能算法，完成對信號轉換單元輸出的數字信號的數據處理；并接收上位機的參數設置，以及傳感器自檢和自診斷；所述相關智能算法為：嵌入式微處理器接口初始化后，判斷是否到達氣象傳感器的最小采樣時間，若是，則進行采樣并對采樣的數據處理；若否，則判斷是否到達通信協議中規定的氣象要素輸出時間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數據，若否則返回繼續判斷是否到達采樣輸出時間，若是則輸出嵌入式微處理器中處理后的數據，若否則返回繼續判斷是否到達采樣時間。通過該智能氣象傳感器直接輸出的是所需測量的氣象參量。
【IPC分類】G01W1-18, G01W1-00
【公開號】CN104678457
【申請號】CN201510101323
【發明人】衛克晶, 孫學金, 楊長業, 趙世軍, 王曉蕾, 陳曉穎
【申請人】中國人民解放軍理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月6日