專利名稱：一種具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣象觀測裝置，特別是一種具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置。
背景技術(shù)：
目前，氣象觀測正朝著自動化的方向快速發(fā)展。一方面，傳統(tǒng)自動氣象站的大規(guī)模部署，大大提高了觀測效率和觀測精度，減少了觀測人員的勞動量。另一方面，近年來隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不少科技人員對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在氣象觀測領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究和嘗試，并取得了一些成果。公開號CN102137512A公布了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動氣象站，該自動站由處理器裝置、無線通信裝置、傳感器裝置和電源裝置構(gòu)成，該自動站采用無線通信方式傳輸氣象信息，能夠?qū)崿F(xiàn)長期無人看守的情況下，對氣象要素的采集和監(jiān)測。但是該自動站的電源裝置采用的是兩節(jié)干電池供電，能量有限，而且可靠性差，當(dāng)電源耗盡或者出現(xiàn)故障時無法進(jìn)行及時維護(hù)，從而造成氣象數(shù)據(jù)采集的中斷，影響數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型公開了一種具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作穩(wěn)定，預(yù)警及警報性能強(qiáng)，能有效地降低氣象觀測裝置故障幾率，提高工作效率，有效地避免了氣象數(shù)據(jù)采集中斷，提高數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性與完整性。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，包括主電源裝置、備用電源裝置、電壓檢測裝置、電源切換裝置、控制與通信裝置、電壓轉(zhuǎn)換裝置以及氣象傳感器裝置，所述主電源裝置和備用 電源裝置并聯(lián)并且均向電壓檢測裝置和電壓切換裝置輸出電信號，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置連接到電源切換裝置實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)變并且電源轉(zhuǎn)換裝置向控制與通信裝置供電，所述電壓檢測裝置向控制與通信裝置輸出控制信號，所述氣象傳感器裝置和控制與通信裝置實(shí)施信息交互。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作穩(wěn)定，預(yù)警及警報性能強(qiáng)，能有效地降低氣象觀測裝置故障機(jī)率，續(xù)航能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，可靠性好，降低設(shè)備的維護(hù)難度和維護(hù)成本，提高工作效率，有效地避免了氣象數(shù)據(jù)采集中斷，提高數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性與完整性。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置的一種改進(jìn)，所述主電源裝置包括鉛酸蓄電池、連接到鉛酸蓄電池上的太陽能電池板以及連接到鉛酸蓄電池的太陽能充放電控制器，所述太陽能充放電控制器與電源切換裝置連接。本改進(jìn)設(shè)置的主電源裝置，能耗低，性能優(yōu)良，工作性能好，有利于提高氣象觀測裝置的連續(xù)運(yùn)作能力，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而有效地提高了氣象數(shù)據(jù)采集的效率、連續(xù)性和完整性。[0007]本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置的又一種改進(jìn)，所述電壓檢測裝置包括電阻分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換器以及控制裝置，所述電阻分壓電路連接到主電源裝置和備用電源裝置，所述A/D轉(zhuǎn)換器接收電阻分壓器的電信號并且向控制裝置實(shí)施衰減電信號輸出，所述控制裝置連接到控制與通信裝置。本改進(jìn)通過設(shè)置的電壓檢測裝置有利于提高氣象觀測裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，從而有效地延長了設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備在運(yùn)行中故障率，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和連續(xù)性，提高氣象數(shù)據(jù)的采集效率和準(zhǔn)確性。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置的又一種改進(jìn)，所述氣象傳感器裝置包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、照度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器或者雨量傳感器中的一種或者幾種。本改進(jìn)設(shè)置的多類型氣象傳感器，有利于提高氣象數(shù)據(jù)采集的多樣性和完備性，提高氣象觀測的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作穩(wěn)定，預(yù)警及警報性能強(qiáng)，能有效地降低氣象觀測裝置故障幾率，續(xù)航能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，可靠性好，降低設(shè)備的維護(hù)難度和維護(hù)成本，提高工作效率，有效地避免了氣象數(shù)據(jù)采集中斷，提高數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性與完整性，氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。

圖1、本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2、本實(shí)用新型的電壓檢測裝置和電源切換裝置的電路圖；圖3、本實(shí)用新型的控制與通信裝置的電路圖；圖4、本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式
僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，包括主電源裝置、備用電源裝置、電壓檢測裝置、電源切換裝置、控制與通信裝置、電壓轉(zhuǎn)換裝置以及氣象傳感器裝置，所述主電源裝置和備用電源裝置并聯(lián)并且均向電壓檢測裝置和電壓切換裝置輸出電信號，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置連接到電源切換裝置實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)變并且電源轉(zhuǎn)換裝置向控制與通信裝置供電，所述電壓檢測裝置向控制與通信裝置輸出控制信號，所述氣象傳感器裝置和控制與通信裝置實(shí)施信息交互。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作穩(wěn)定，預(yù)警及警報性能強(qiáng)，能有效地降低氣象觀測裝置故障機(jī)率，續(xù)航能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，可靠性好，降低設(shè)備的維護(hù)難度和維護(hù)成本，提高工作效率，有效地避免了氣象數(shù)據(jù)采集中斷，提高數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性與完整性。[0016]作為一種優(yōu)選，所述主電源裝置包括鉛酸蓄電池、連接到鉛酸蓄電池上的太陽能電池板以及連接到鉛酸蓄電池的太陽能充放電控制器，所述太陽能充放電控制器與電源切換裝置連接。通過設(shè)置的主電源裝置，能耗低，性能優(yōu)良，工作性能好，有利于提高氣象觀測裝置的連續(xù)運(yùn)作能力，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而有效地提高了氣象數(shù)據(jù)采集的效率、連續(xù)性和完整性。作為一種優(yōu)選，所述電壓檢測裝置包括電阻分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換器以及控制裝置，所述電阻分壓電路連接到主電源裝置和備用電源裝置，所述A/D轉(zhuǎn)換器接收電阻分壓器的電信號并且向控制裝置實(shí)施衰減電信號輸出，所述控制裝置連接到控制與通信裝置。通過設(shè)置的電壓檢測裝置有利于提高氣象觀測裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，從而有效地延長了設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備在運(yùn)行中故障率，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和連續(xù)性，提高氣象數(shù)據(jù)的采集效率和準(zhǔn)確性。作為一種優(yōu)選，所述氣象傳感器裝置包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、照度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器或者雨量傳感器中的一種或者幾種。通過設(shè)置的多類型氣象傳感器，有利于提高氣象數(shù)據(jù)采集的多樣性和完備性，提高氣象觀測的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。
實(shí)施例本實(shí)用新型由主電源裝置、備用電源裝置、電壓檢測裝置、電源切換裝置、電壓轉(zhuǎn)換裝置、控制與通信裝置、氣象傳感器裝置等七部分構(gòu)成。主電源裝置、備用電源裝置分別和電壓檢測裝置及電源切換裝置相連接，電壓檢測裝置和控制與通信裝置相連接，電源切換裝置經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換裝置與控制與通信裝置連接，氣象傳感器裝置通過接口電路與控制與通信裝置相連接。主電源裝置主要由太陽能電池板、蓄電池、充放電控制器構(gòu)成，主電源裝置在電壓正常的情況下保持對整個氣象觀測裝置輸出功率。備用電源裝置采用鋰電池供電，主要作用是在主電源失效時保持對裝置輸出功率，主電源裝置工作時備用電源裝置不供電。電源切換裝置與主電源裝置和備用電源裝置相連接，當(dāng)主電源裝置供電不足時，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)電源切換至備用電源裝置。當(dāng)主電源裝置電壓恢復(fù)時，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)電源切換至主電源裝置。電壓檢測裝置包括電阻分壓電路和AD轉(zhuǎn)換器，電阻分壓電路將主電源和備用電源的1/4電壓引出，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器送入控制與通信裝置，以實(shí)現(xiàn)對兩路電壓的監(jiān)測和比較。電壓轉(zhuǎn)換裝置與電源切換裝置相連，將電源電壓轉(zhuǎn)換為控制與通信裝置和氣象傳感器裝置需要的電壓。電壓轉(zhuǎn)換裝置由相應(yīng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。控制與通信裝置包括控制單元和無線通信單元，控制單元是整個裝置的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)電壓檢測裝置和電源切換裝置的工作。當(dāng)控制單元檢測到主電源裝置電壓低于設(shè)定的閾值時，控制單元命令電源切換裝置將系統(tǒng)電源切換到備用電源裝置，同時通過控制與通信裝置進(jìn)行主電源預(yù)警，告知遠(yuǎn)程管理平臺主電源暫時失效。備用電源裝置啟用后，如果經(jīng)過一段時期，主電源裝置恢復(fù)供電，控制單元命令電源切換裝置將電源切換到主電源裝置，并通過控 制與通信裝置發(fā)送解除主電源預(yù)警信息；如果備用電源裝置啟用后主電源裝置長期不能恢復(fù)供電，造成備用電源也供電不足，控制與通信裝置檢測到備用電源裝置的電壓低于設(shè)定閾值后，通過控制與通信裝置發(fā)送系統(tǒng)電源報警信息，通知維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。氣象傳感器裝置包括溫度傳感器、濕度傳感器、照度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、雨量傳感器等傳感器及其接口，氣象傳感器裝置采集各種氣象要素并經(jīng)處理后通過控制與通信裝置傳送至遠(yuǎn)程管理平臺。氣象傳感器的種類繁多，輸出信號各異，因此傳感器裝置設(shè)置有豐富的接口，如R232，RS485以及擴(kuò)展I/O 口等。主電源裝置采用太陽能系統(tǒng)，包括輸出功率為IOW的太陽能電池板，輸出電壓為12V的鉛酸蓄電池，12V太陽能充放電控制器。太陽能充放電控制器與電源切換裝置相連接。備用電源裝置采用自放電小的12V鋰電池，電壓檢測裝置和電源切換裝置與鋰電池相連接。鋰電池在主電源裝置失效時向系統(tǒng)供電。電壓檢測裝置主要由電阻分壓電路和控制裝置內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，如圖2所示，電阻R5、R6和R3、R4分別構(gòu)成了主電源裝置和備用電源裝置的分壓電路，其中R3=3R4, R6=3R5，這樣，通過分壓電路把電源電壓的1/4經(jīng)P0_3和P0_1送入AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入控制裝置進(jìn)行監(jiān)測。電源切換裝置由一片LTC4414和兩對背對背的MOSFET構(gòu)成，LTC4414是凌特公司生產(chǎn)的電源管理芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)DC電源之間的自動切換。如圖2所示，CTL引腳與控制裝置的Pl_2引腳相連，當(dāng)CTL引腳為低電平時，主電源裝置向負(fù)載輸送功率，備用電源裝置的MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)CTL引腳被切換至高電平時，則主電源裝置的MOSFET被關(guān)斷，備用電源裝置的MOSFET接通，此時備用電源裝置向負(fù)載輸送功率。電壓轉(zhuǎn)換裝 置采用12V轉(zhuǎn)3.3V的DC-DC裝置，DC-DC裝置的輸出端接控制裝置的電源引腳，為控制與通信裝置和氣象傳感器裝置提供3.3V直流電源。控制與通信裝置采用TI公司的CC2530芯片，該芯片集成了增強(qiáng)型8051內(nèi)核和符合802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線通信單元。CC2530自帶一個14位8通道的AD轉(zhuǎn)換器，從分壓電路輸出的電源電壓信號通過CC2530的P0_3和P0_1送入相應(yīng)的ADC通道，經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給相應(yīng)的分布式處理單元，處理單元將采集到的電源電壓與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)主電源裝置的電壓低于相應(yīng)閾值時，控制裝置通過Pl_2向LTC4414的CTL引腳發(fā)送高電平，實(shí)現(xiàn)電源切換，并發(fā)送主電源預(yù)警信息，如果在備用電源裝置工作期間主電源裝置電壓恢復(fù)正常，控制裝置負(fù)責(zé)向CTL引腳發(fā)送低電平，實(shí)現(xiàn)電源切換，并發(fā)送解除預(yù)警信息；如果備用電源裝置的電壓低于預(yù)定閾值，則控制裝置發(fā)送系統(tǒng)電源報警信息。氣象傳感器裝置包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、照度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和雨量傳感器，以實(shí)現(xiàn)對氣象要素的全面觀測。氣象傳感器裝置還包括信號轉(zhuǎn)換裝置和接口電路，信號轉(zhuǎn)換裝置主要實(shí)現(xiàn)電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換，以方便控制裝置對傳感器信息的采集。各種氣象傳感器通過航空插頭與控制裝置的IO 口相連接，以達(dá)到防水防干擾的目的。工作原理:裝置工作時，如果主電源裝置電量充足，CC2530在Pl_2引腳維持一個低電平不變，系統(tǒng)保持由主電源裝置供電。CC2530的兩個模擬輸入引腳P0_3和P0_1負(fù)責(zé)對兩個電源的監(jiān)視，當(dāng)主電源裝置的電壓低于設(shè)定的閾值時，CC2530通過CTL引腳向LTC4414發(fā)送高電平，此時LTC4414把電源切換至備用電源裝置，CC2530通過控制與通信裝置的無線通信裝置向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送電源預(yù)警信息，此后，控制裝置保持對主電源和備用電源電量的監(jiān)測，如果備用電源裝置在達(dá)到報警閾值前主電源裝置恢復(fù)正常，CC2530通過向CTL發(fā)送低電平控制LTC4414把供電電源切換至主電源裝置，并通過無線通信裝置向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送解除預(yù)警信息。如果備用電源裝置啟用后主電源裝置一直未恢復(fù)正常，且備用電源裝置達(dá)到報警閾值，CC2530將通過無線通信裝置發(fā)送報警信息告知維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作穩(wěn)定，預(yù)警及警報性能強(qiáng)，能有效地降低氣象觀測裝置故障機(jī)率，續(xù)航能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，可靠性好，降低設(shè)備的維護(hù)難度和維護(hù)成本，提高工作效率，有效地避免了氣象數(shù)據(jù)采集中斷，提高數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性與完整性，氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。本實(shí)用新型方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。以上所述是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn) 和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，其特征在于:所述具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置包括主電源裝置、備用電源裝置、電壓檢測裝置、電源切換裝置、控制與通信裝置、電壓轉(zhuǎn)換裝置以及氣象傳感器裝置，所述主電源裝置和備用電源裝置并聯(lián)并且均向電壓檢測裝置和電壓切換裝置輸出電信號，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置連接到電源切換裝置實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)變并且電源轉(zhuǎn)換裝置向控制與通信裝置供電，所述電壓檢測裝置向控制與通信裝置輸出控制信號，所述氣象傳感器裝置和控制與通信裝置實(shí)施信息交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，其特征在于:所述主電源裝置包括鉛酸蓄電池、連接到鉛酸蓄電池上的太陽能電池板以及連接到鉛酸蓄電池的太陽能充放電控制器，所述太陽能充放電控制器與電源切換裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，其特征在于:所述電壓檢測裝置包括電阻分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換器以及控制裝置，所述電阻分壓電路連接到主電源裝置和備用電源裝置，所述A/D轉(zhuǎn)換器接收電阻分壓器的電信號并且向控制裝置實(shí)施衰減電信號輸出，所述控制裝置連接到控制與通信裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置，其特征在于:所述氣象傳感器裝置包 括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、照度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器或者雨量傳感器中的一種或者幾種。
專利摘要本實(shí)用新型公開的具有雙電源切換及低壓預(yù)警報警功能的氣象觀測裝置包括主電源裝置、備用電源裝置、電壓檢測裝置、電源切換裝置、控制與通信裝置、電壓轉(zhuǎn)換裝置以及氣象傳感器裝置，主電源裝置和備用電源裝置并聯(lián)并且均向電壓檢測裝置和電壓切換裝置輸出電信號，電壓轉(zhuǎn)換裝置連接到電源切換裝置實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)變并且電源轉(zhuǎn)換裝置向控制與通信裝置供電，電壓檢測裝置向控制與通信裝置輸出控制信號，氣象傳感器裝置和控制與通信裝置實(shí)施信息交互。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作穩(wěn)定，預(yù)警及警報性能強(qiáng)，能有效地降低氣象觀測裝置故障幾率,提高工作效率。
文檔編號H02J9/06GK203117441SQ20132006593
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者周杰, 羅希昌, 杜景林, 張衛(wèi)江, 楊亦洲 申請人:南京信息工程大學(xué)