气象记录仪.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103399365 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103399365 A *CN103399365A* (21)申请号 201310335894.5 (22)申请日 2013.08.05 G01W 1/06(2006.01) (71)申请人 南京大学 地址 210093 江苏省南京市汉口路 22 号蒙 民伟楼 申请人 常州大学 江苏唐恩科技有限公司 (72)发明人 李俊 宦娟 曹中 张旭明 仲成成 曹元 (74)专利代理机构 常州市天龙专利事务所有限 公司 32105 代理人 周建观 (54) 发明名称 气象记录仪 (57) 摘要 本发明涉及一种

2、气象记录仪， 包括由电源模 块供电的控制处理模块、 多个模拟数据采集模块、 多个数字数据采集模块、 移动存储模块、 状态显示 模块、 通信接口模块、 LCD 显示模块和网络接口模 块， 所述多个模拟数据采集模块的输入端是模拟 数据连接端， 多个数字数据采集模块的输入端是 数字数据连接端， 多个模拟数据采集模块的输出 端和多个数字数据采集模块的输出端分别与控制 处理模块相应的输入端电连接， 所述移动存储模 块、 通信接口模块和网络接口模块分别与控制处 理模块通信连接， 所述状态显示模块的输入端和 LCD 显示模块的输入端分别与控制处理模块相应 的输出端电连接。本发明具有同时兼容市场上绝 大多数传

3、感器， 集中采集各种数据， 价格低廉等优 点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103399365 A CN 103399365 A *CN103399365A* 1/2 页 2 1. 一种气象记录仪， 其特征在于 ： 包括电源模块 （1） 、 控制处理模块 （2） 、 多个模拟数据 采集模块 （3） 、 多个数字数据采集模块 （4） 、 移动存储模块 （5） 、 状态显示模块 （6） 、 通信接口 模块 （7） 、 LCD 显示

4、模块 （8） 和网络接口模块 （9） ， 所述电源模块 （1） 为控制处理模块 （2） 、 多个模拟数据采集模块 （3） 、 多个数字数据采集模块 （4） 、 移动存储模块 （5） 、 状态显示模块 （6） 、 通信接口模块 （7） 、 LCD 显示模块 （8） 和网络接口模块 （9） 供电， 所述多个模拟数据采 集模块 （3） 的输入端是模拟数据连接端， 多个数字数据采集模块 （4） 的输入端是数字数据 连接端， 多个模拟数据采集模块 （3） 的输出端和多个数字数据采集模块 （4） 的输出端分别 与控制处理模块 （2） 相应的输入端电连接， 所述移动存储模块 （5） 、 通信接口模块 （7）

5、 和网 络接口模块 （9） 分别与控制处理模块 （2） 通信连接， 所述状态显示模块 （6） 的输入端和 LCD 显示模块 （8） 的输入端分别与控制处理模块 （2） 相应的输出端电连接。 2. 根据权利要求 1 所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述控制处理模块 （2） 包括微处 理器 （2-1） 、 复位电路 （2-2） 和烧写接口电路 （2-3） ， 所述复位电路 （2-2） 和烧写接口电路 （2-3） 分别与微处理器 （2-1） 相应的连接端电连接。 3.根据权利要求1所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述多个模拟数据采集模块 （3） 包 括风速模拟信号采集模块和风力模拟信号采集模

6、块， 多个数字数据采集模块 （4） 包括能见 度数字信号采集模块、 湿度数字信号采集模块、 温度数字信号采集模块和大气压数字信号 采集模块。 4.根据权利要求1所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述模拟数据采集模块 （3） 是隔离 保护电路， 隔离保护电路 （3） 包括隔离放大器 U28、 二极管 D22、 二极管 D23、 电容 C57 和电容 C58， 所述隔离放大器U28的电源端接电源， 以及接地端接地， 隔离放大器U28的输入端是模 拟数据连接端， 隔离放大器 U28 的输出端同时与二极管 D22 的负极、 二极管 D23 的正极、 电 容 C57 的一端和电容 C58 的一端电连接

7、， 所述二极管 D22 的正极接地、 二极管 D23 的负极接 电源、 电容 C57 的另一端与电容 C58 的另一端电连接且接地， 隔离放大器 U28 的控制端与控 制处理模块 （2） 相应的输入端电连接。 5. 根据权利要求 1 所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述数字数据采集模块 （4） 是光 电耦合电路， 光电耦合电路 （4） 包括光电耦合器 U34、 隔离放大器 JP6、 电阻 R64、 电阻 R65、 电阻 R66、 电阻 R70、 电容 C69、 电容 C70 和二极管 D13， 所述光电耦合器 U34 内部二极管的负 极同时与电容 C70 的一端和电阻 R70 的一端电连接

8、并接电源， 光电耦合器 U34 内部三极管 的集电极与电阻 R70 的另一端电连接， 光电耦合器 U34 内部三极管的发射极与电容 C70 的 另一端电连接并接地， 光电耦合器U34内部稳压二极管的正极同时与电阻R64的一端、 电阻 R65 的一端、 电阻 R66 的一端、 二极管 D13 的负极和电容 C69 的一端电连接， 光电耦合器 U34 内部稳压二极管的负极同时与电阻 R64 的一端、 电阻 R66 的另一端、 二极管 D13 的正极和电 容 C69 的另一端电连接并与隔离放大器 JP6 的第一连接端电连接， 电阻 R65 的另一端和电 阻 R66 的另一端均是数字数据连接端， 电阻

9、 R64 的另一端与控制处理模块 （2） 相应的输入 端电连接， 隔离放大器 JP6 的第二连接端接地。 6. 根据权利要求 1 所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述通信接口模块 （7） 包括第一 隔离电路 （7-1） 、 第二隔离电路 （7-2） 、 第三隔离电路 （7-3） 、 第一选择器 （7-4） 、 第二选择器 （7-5） 、 RS232 通信模块 （7-6） 和 RS485 通信模块 （7-7） ， 所述 RS232 通信模块 （7-6） 和 RS485 通信模块 （7-7） 分别与第一选择器 （7-4） 和第二选择器 （7-5） 相应的连接端通信连接， 所 权 利 要 求 书

10、 CN 103399365 A 2 2/2 页 3 述第一隔离电路 （7-1） 的输入端与控制处理模块 （2） 相应的输入端电连接， 第二隔离电路 （7-2） 的输出端与控制处理模块 （2） 相应的连接端电连接， 第三隔离电路 （7-3） 的输入端与 控制处理模块 （2） 相应的连接端电连接， 第三隔离电路 （7-3） 的输出端与 RS485 通信模块 （7-7） 相应的连接端电连接， 所述第一选择器 （7-4） 同时与第一隔离电路 （7-1） 和第二隔离 电路 （7-2） 相应端口通信连接。 7. 根据权利要求 1 所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述移动存储模块 （5） 包括 SD 集

11、 成芯片 J3 和静电防护集成芯片 U0， 所述 SD 集成芯片 J3 与静电防护集成芯片 U0 相应的连 接端电连接， 以及与控制处理模块 （2） 相应的连接端通信连接。 8.根据权利要求1所述的气象记录仪， 其特征在于 ： 所述网络接口模块 （9） 包括网络隔 离变压器 U36 和网络接头 J6， 所述网络隔离变压器 U36 与网络接头 J6 电连接， 且网络隔离 变压器 U36 与控制处理模块 （2） 相应的连接端通信连接。 权 利 要 求 书 CN 103399365 A 3 1/4 页 4 气象记录仪 技术领域 0001 本发明具体涉及一种用于采集并实时显示天气状况的气象记录仪。 背

12、景技术 0002 现有的用于检测天气状况的气象采集设备已普遍应用于各种特定场合 （比如港 口、 机场、 高速公路、 海岛等地方） 。气象采集设备诸多为各种气象传感器 （如风速传感器、 大 气压传感器、 湿度传感器等） ， 但一些高精度的气象传感器其输出采集数据的接口并无同一 标准， 如 RS485 串口、 RS232 串口以及机械式的电平信号等等。目前用于处理气象传感器采 集的数据的设备并不多， 而且多是对特定气象传感器订做， 若需要获得多种气象数据资料 时， 则必须在采购多种气象传感器的同时再采购多种相应的数据采集设备并且建设这些设 备上传数据的通道， 而且大量价格高昂的重复建设注定无法完成

13、大范围的布置。 发明内容 0003 本发明的目的是， 提供一种同时兼容市场上绝大多数传感器， 集中采集各种数据， 且价格低廉的气象记录仪， 以克服现有技术的不足。 0004 为了达到上述目的， 本发明的技术方案是 ： 一种气象记录仪， 包括电源模块、 控制 处理模块、 多个模拟数据采集模块、 多个数字数据采集模块、 移动存储模块、 状态显示模块、 通信接口模块、 LCD 显示模块和网络接口模块， 所述电源模块为控制处理模块、 多个模拟数 据采集模块、 多个数字数据采集模块、 移动存储模块、 状态显示模块、 通信接口模块、 LCD 显 示模块和网络接口模块供电， 所述多个模拟数据采集模块的输入端

14、是模拟数据连接端， 多 个数字数据采集模块的输入端是数字数据连接端， 多个模拟数据采集模块的输出端和多个 数字数据采集模块的输出端分别与控制处理模块相应的输入端电连接， 所述移动存储模 块、 通信接口模块和网络接口模块分别与控制处理模块通信连接， 所述状态显示模块的输 入端和 LCD 显示模块的输入端分别与控制处理模块相应的输出端电连接。 0005 在上述技术方案中， 所述控制处理模块包括微处理器、 复位电路和烧写接口电路， 所述复位电路和烧写接口电路分别与微处理器相应的连接端电连接。 0006 在上述技术方案中， 所述多个模拟数据采集模块包括风速模拟信号采集模块和风 力模拟信号采集模块， 多

15、个数字数据采集模块包括能见度数字信号采集模块、 湿度数字信 号采集模块、 温度数字信号采集模块和大气压数字信号采集模块。 0007 在上述技术方案中， 所述模拟数据采集模块是隔离保护电路， 隔离保护电路包括 隔离放大器 U28、 二极管 D22、 二极管 D23、 电容 C57 和电容 C58， 所述隔离放大器 U28 的电源 端接电源， 以及接地端接地， 隔离放大器 U28 的输入端是模拟数据连接端， 隔离放大器 U28 的输出端同时与二极管 D22 的负极、 二极管 D23 的正极、 电容 C57 的一端和电容 C58 的一端 电连接， 所述二极管 D22 的正极接地、 二极管 D23 的

16、负极接电源、 电容 C57 的另一端与电容 C58 的另一端电连接且接地， 隔离放大器 U28 的控制端与控制处理模块相应的输入端电连 接。 说 明 书 CN 103399365 A 4 2/4 页 5 0008 在上述技术方案中， 所述数字数据采集模块是光电耦合电路， 光电耦合电路包括 光电耦合器U34、 隔离放大器JP6、 电阻R64、 电阻R65、 电阻R66、 电阻R70、 电容C69、 电容C70 和二极管D13， 所述光电耦合器U34内部二极管的负极同时与电容C70的一端和电阻R70的 一端电连接并接电源， 光电耦合器U34内部三极管的集电极与电阻R70的另一端电连接， 光 电耦合

17、器 U34 内部三极管的发射极与电容 C70 的另一端电连接并接地， 光电耦合器 U34 内 部稳压二极管的正极同时与电阻R64的一端、 电阻R65的一端、 电阻R66的一端、 二极管D13 的负极和电容 C69 的一端电连接， 光电耦合器 U34 内部稳压二极管的负极同时与电阻 R64 的一端、 电阻 R66 的另一端、 二极管 D13 的正极和电容 C69 的另一端电连接并与隔离放大器 JP6 的第一连接端电连接， 电阻 R65 的另一端和电阻 R66 的另一端均是数字数据连接端， 电 阻R64的另一端与控制处理模块相应的输入端电连接， 隔离放大器JP6的第二连接端接地。 0009 在上述

18、技术方案中， 所述通信接口模块包括第一隔离电路、 第二隔离电路、 第三隔 离电路、 第一选择器、 第二选择器、 RS232 通信模块和 RS485 通信模块， 所述 RS232 通信模块 和 RS485 通信模块分别与第一选择器和第二选择器相应的连接端通信连接， 所述第一隔离 电路的输入端与控制处理模块相应的输入端电连接， 第二隔离电路的输出端与控制处理模 块相应的连接端电连接， 第三隔离电路的输入端与控制处理模块相应的连接端电连接， 第 三隔离电路的输出端与 RS485 通信模块相应的连接端电连接， 所述第一选择器同时与第一 隔离电路和第二隔离电路相应端口通信连接。 0010 在上述技术方案

19、中， 所述移动存储模块包括 SD 集成芯片 J3 和静电防护集成芯片 U0， 所述 SD 集成芯片 J3 与静电防护集成芯片 U0 相应的连接端电连接， 以及与控制处理模 块相应的连接端通信连接。 0011 在上述技术方案中， 所述网络接口模块包括网络隔离变压器 U36 和网络接头 J6， 所述网络隔离变压器 U36 与网络接头 J6 电连接， 且网络隔离变压器 U36 与控制处理模块相 应的连接端通信连接。 0012 本发明所具有的积极效果是 ： 本发明的气象记录仪适用于港口或海岛上， 将气象 传感器 （包括机械式气象传感器和数字式气象传感器） 分别与多个模拟数据采集模块和多 个数字数据采集

20、模块电连接， 以接收气象传感器采集的大气参数， 包括风速、 风向、 能见度、 湿度、 大气压等， 并通过转换以显而易懂的格式并以特定的方式显示在 LCD 显示模块上， 用 于显示实时天气状况、 实时时间以及气象记录仪自检状态 ； 移动存储模块用以保存采集的 大气参数的文字信息， 以备查询 ； 与此同时， 气象记录仪的网络接口模块通过连接的有线网 络将采集的实时大气参数信息实时的通过网络发至服务器的气象监控系统软件以备使用 与分析， 且传输的数据比较稳定而不已丢失。 本发明同时兼容市场上绝大多数传感器， 集中 采集各种数据， 且价格低廉， 主要使用于港口及海岛气象监控。 附图说明 0013 图

21、1 是本发明一种具体实施的结构方框示意图 ； 图 2 是控制处理模块的电路原理图 ； 图 3 是模拟数据采集模块的电路原理图 ； 图 4 是数字数据采集模块的电路原理图 ； 图 5 是通信接口模块的电路原理图 ； 说 明 书 CN 103399365 A 5 3/4 页 6 图 6 是移动存储模块和状态显示模块的电路原理图 ； 图 7 是网络接口模块的电路原理图。 具体实施方式 0014 以下结合附图以及给出的实施例， 对本发明作进一步的说明， 但并不局限于此。 0015 如图 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 所示， 一种气象记录仪， 包括电源模块 1、 控制处理模块 2、 多 个模拟

22、数据采集模块3、 多个数字数据采集模块4、 移动存储模块5、 状态显示模块6、 通信接 口模块 7、 LCD 显示模块 8 和网络接口模块 9， 所述电源模块 1 为控制处理模块 2、 多个模拟 数据采集模块3、 多个数字数据采集模块4、 移动存储模块5、 状态显示模块6、 通信接口模块 7、 LCD 显示模块 8 和网络接口模块 9 供电， 所述多个模拟数据采集模块 3 的输入端是模拟 数据连接端， 多个数字数据采集模块 4 的输入端是数字数据连接端， 多个模拟数据采集模 块 3 的输出端和多个数字数据采集模块 4 的输出端分别与控制处理模块 2 相应的输入端电 连接， 所述移动存储模块 5

23、、 通信接口模块 7 和网络接口模块 9 分别与控制处理模块 2 通信 连接， 所述状态显示模块 6 的输入端和 LCD 显示模块 8 的输入端分别与控制处理模块 2 相 应的输出端电连接。 0016 如图 2 所示， 为了便于烧录程序， 以及确保控制处理模块工作的稳定性， 所述控制 处理模块 2 包括微处理器 2-1、 复位电路 2-2 和烧写接口电路 2-3， 所述复位电路 2-2 和烧 写接口电路 2-3 分别与微处理器 2-1 相应的连接端电连接。 0017 本发明所述多个模拟数据采集模块 3 包括风速模拟信号采集模块和风力模拟信 号采集模块， 多个数字数据采集模块 4 包括能见度数字

24、信号采集模块、 湿度数字信号采集 模块、 温度数字信号采集模块和大气压数字信号采集模块。 0018 如图 3 所示， 为了便于检测模拟量的气象参数量度， 如风速、 风力等， 所述模拟数 据采集模块 3 是隔离保护电路， 隔离保护电路 3 包括隔离放大器 U28、 二极管 D22、 二极管 D23、 电容C57和电容C58， 所述隔离放大器U28的电源端接电源， 以及接地端接地， 隔离放大 器 U28 的输入端是模拟数据连接端， 隔离放大器 U28 的输出端同时与二极管 D22 的负极、 二 极管 D23 的正极、 电容 C57 的一端和电容 C58 的一端电连接， 所述二极管 D22 的正极接

25、地、 二极管 D23 的负极接电源、 电容 C57 的另一端与电容 C58 的另一端电连接且接地， 隔离放大 器 U28 的控制端与控制处理模块 2 相应的输入端电连接。 0019 如图 4 所示， 为了便于检测数字量的气象参数量度， 如能见度、 温度、 湿度和大气 压等， 所述数字数据采集模块4是光电耦合电路， 光电耦合电路4包括光电耦合器U34、 隔离 放大器 JP6、 电阻 R64、 电阻 R65、 电阻 R66、 电阻 R70、 电容 C69、 电容 C70 和二极管 D13， 所述 光电耦合器 U34 内部二极管的负极同时与电容 C70 的一端和电阻 R70 的一端电连接并接电 源，

26、 光电耦合器 U34 内部三极管的集电极与电阻 R70 的另一端电连接， 光电耦合器 U34 内部 三极管的发射极与电容 C70 的另一端电连接并接地， 光电耦合器 U34 内部稳压二极管的正 极同时与电阻R64的一端、 电阻R65的一端、 电阻R66的一端、 二极管D13的负极和电容C69 的一端电连接， 光电耦合器 U34 内部稳压二极管的负极同时与电阻 R64 的一端、 电阻 R66 的 另一端、 二极管 D13 的正极和电容 C69 的另一端电连接并与隔离放大器 JP6 的第一连接端 电连接， 电阻 R65 的另一端和电阻 R66 的另一端均是数字数据连接端， 电阻 R64 的另一端与

27、 控制处理模块 2 相应的输入端电连接， 隔离放大器 JP6 的第二连接端接地。 说 明 书 CN 103399365 A 6 4/4 页 7 0020 如图 5 所示， 为了能够兼容 RS232 串口和 RS485 串口的不同通信方式， 使得本发明 能够适用于不同通信串口， 所述通信接口模块7包括第一隔离电路7-1、 第二隔离电路7-2、 第三隔离电路 7-3、 第一选择器 7-4、 第二选择器 7-5、 RS232 通信模块 7-6 和 RS485 通信模 块 7-7， 所述 RS232 通信模块 7-6 和 RS485 通信模块 7-7 分别与第一选择器 7-4 和第二选择 器 7-5

28、相应的连接端通信连接， 所述第一隔离电路 7-1 的输入端与控制处理模块 2 相应的 输入端电连接， 第二隔离电路7-2的输出端与控制处理模块2相应的连接端电连接， 第三隔 离电路 7-3 的输入端与控制处理模块 2 相应的连接端电连接， 第三隔离电路 7-3 的输出端 与RS485通信模块7-7相应的连接端电连接， 所述第一选择器7-4同时与第一隔离电路7-1 和第二隔离电路 7-2 相应端口通信连接， 所述第二选择器 7-5 与外部数字数据连接端相连 接。 0021 如图 6 所示， 为了便于存储实时采集的大气参数对应的文字信息， 以及对应的时 间等， 以备查询与分析， 所述移动存储模块

29、5 包括 SD 集成芯片 J3 和静电防护集成芯片 U0， 所述 SD 集成芯片 J3 与静电防护集成芯片 U0 相应的连接端电连接， 以及与控制处理模块 2 相应的连接端通信连接。 0022 如图 6 所示， 为了便于监测本发明的工作情况， 以及便于维护， 本发明所述状态显 示模块 6 包括由红绿双色 LED 指示灯构成的 4 组状态显示电路， 其一闪烁红色以显示当前 工作正常， 其二、 三、 四则均是以闪烁红色或绿色以显示本发明的数字数据采集模块 4 的各 个接口的工作状态。 0023 如图 7 所示， 为了便于连接有线网络， 将采集的实时大气参数信息实时的通过网 络发至服务器的气象监控系

30、统软件以备使用与分析， 且传输的数据比较稳定而不已丢失， 所述网络接口模块 9 包括网络隔离变压器 U36 和网络接头 J6， 所述网络隔离变压器 U36 与 网络接头 J6 电连接， 且网络隔离变压器 U36 与控制处理模块 2 相应的连接端通信连接。 0024 本发明的控制处理模块 2 以动态方式在 LCD 显示模块 8 上显示实时的天气信息。 而LCD显示模块8显示了各大气参数， 如 ： 风速、 风向、 能见度、 湿度、 大气压以及年月日时分 秒等信息等， 并显示气象记录仪的自检状态， 见表 1。本发明的 LCD 显示模块 8 为市售品。 0025 表 1 是 LCD 模块大气参数图显格

31、式 ： 项目单位 备注 WindSpeedm/s WindDirection以正东方向为 0 Visibilitym Humidity%空气中水分的百分比 PressureKPa 注 ： 1、 表 1 中的大气参数显示的数值范围均以使用的气象传感器的参数相关。所述采 集的大气参数以分块显示在 LCD 显示器上。 0026 2、 风速参数则是显示当前风速值， 其单位是米每秒 （m/s） ， 以供人们判断此时室外 作业是否合适。 0027 3、 方向风向参数则是显示当前风向， 显示为偏移度 （以正东方向为 0） 。 0028 4、 能见度参数则是显示当前可见距离数值， 其单位是米 （m） 。 0029 5、 湿度参数则是显示当前空气中水分的百分比。 0030 6、 大气压参数则是显示当前地区的气压值， 其单位是 KPa。 说 明 书 CN 103399365 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103399365 A 8 2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103399365 A 9 3/4 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103399365 A 10 4/4 页 11 图 7 说 明 书 附 图 CN 103399365 A 11