网络化自动气象站的研制

• 作 者: 肖广兵
• 机 构: 南京信息工程大学
• 出 处: 南京信息工程大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 自动气象站 电子设备 计算机控制 气象观测 气象仪器

自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象仪器。主要用于气象观测部门对各种气象要素的监测，为动态分析、预测气象变化提供原始数据，改变了以前人工观测而导致的操作繁琐、操作人员主观因素影响大、错误概率大的状况。目前，我国自动气象站的研制刚刚起步，省级及以下气象部门大部分采用的仍是半自动化气象站甚至完全依靠人工进行气缘数据的采集。因此，开展网络化自动气象站的研究，对提高我国气象部门的网络化作业具有重要的意义和价值。
本文旨在介绍一种操作方便、功能完善、能长期应用于恶劣环境下的新型网络化自动气象站。该网络化自动气象站对主要气象要素(温度、湿度、压力)进行采集、处理，并通过Zigbee无线网络将数据发送到主节点，由上位机对采集到的数据进行分析、存储，为气象预报分析提供便捷、准确、可靠的数据。
本文首先介绍了网络化自动气象站的工作原理和各个要素的测量方法，然后根据网络化自动气象站的性能指标进行需求分析，对气象站的控制系统进行总体结构设计，最后分析了系统可能存在的误差并提出了相应的解决方案。
网络化自动气象站的设计，以无线通信模块JN5121为核心，实现了整个自动气象站的无线测量系统，完成硬件平台、模块接口、信号的采集、模数转换、和数据无线通信的设计。整个气象站具有较好的抗干扰能力，并且系统具有极低的功耗，能够满足气象站在恶劣环境下长期、稳定的工作的要求。系统除了在硬件上采用了高精度的传感器以及24位的模数转换器外，在后端软件处理过程中对采集到的数据进行校正、补偿，具有较高的精度。
本文最后阐述了系统误差的概念、来源、分类以及处理方法，并分别从小信号数据采集、模数转换模块和整机PCB的设计这几方面对仪器的误差处理作了详细的论述。
网络化自动气象站的设计顺应了气象仪器国产化的发展趋势，在精度、功耗、抗干扰等各方面都比现存的气象站有着更大的优势，具有广泛的前景。