全自动雨量气象站是一种集成了各种传感器和数据记录器的系统,用于自动观测和记录降雨量、温度、湿度、风速和风向等气象参数。它主要由数据采集仪、翻斗雨量传感器(或雨量计)、上位机软件、通讯单元及供电系统等部分构成。其工作原理基于物理感应和数据采集技术。当气象要素值发生变化时,各传感器的感应元件会输出相应的电信号变化。这些变化被数据采集仪实时采集,并经过线性化和定量化处理,转换成气象要素值。随后,数据被筛选、存储,并通过通讯单元传输到上位机软件或远程服务器进行进一步分析和处理。
一、核心感知单元(数据采集源头)
核心功能是精准捕捉降雨量信息,核心部件为雨量传感器,常见类型为翻斗式雨量计,部分场景会搭配其他辅助传感器。
翻斗式雨量计
结构组成:由承雨口、过滤筛网、翻斗、计数传感器(如光电开关、干簧管)、底座组成。
工作原理:雨水通过承雨口流入翻斗,当翻斗内雨水达到设定重量(如0.1mm、0.5mm降雨量对应重量)时,翻斗翻转,触发计数传感器产生电信号,以此累计降雨量。
关键特点:测量精度高(误差通常≤±4%),响应速度快,能适应不同降雨强度(小雨至暴雨)。
辅助传感器(可选)
部分气象站会额外配备温湿度传感器、风速传感器,用于同步采集降雨时的环境温湿度、风速数据,为气象分析提供更全面的信息。
二、数据采集与传输单元(数据处理核心)
负责接收、处理传感器信号,并将数据远程传输至后台,是连接感知层与应用层的关键。
数据采集器
功能:接收雨量传感器的计数信号,将电信号转换为数字量(如降雨量、降雨时长),同时支持设置采集频率(如1分钟/次、5分钟/次)、存储间隔。
特点:具备本地数据存储功能(通常可存1-3个月数据),防止通讯中断导致数据丢失;支持数据补传,通讯恢复后自动上传缺失数据。
数据传输模块
常见类型:包括4G/5G模块、北斗卫星模块、LoRa模块,根据使用场景选择(偏远地区优先选北斗,城市区域选4G/5G)。
功能:将采集器处理后的雨量数据(实时降雨量、累计降雨量、设备状态)远程传输至云端后台或本地监控中心,实现数据实时可视化。
三、供电单元(设备运行保障)
为整个气象站提供稳定电力,确保在不同环境下持续工作,常见供电方式为混合供电。
主供电模块
太阳能供电:由太阳能电池板(功率通常10-30W)、锂电池组(容量12V/20-50Ah)组成,适用于无市电覆盖的户外场景,晴天可自动充电,阴天可依靠锂电池供电(通常续航7-15天)。
市电供电:适用于靠近电网的场景(如城市郊区、气象站站点),通过AC220V转DC12V电源适配器供电,稳定性更高。
备用供电(可选)
部分高d型号配备小型风力发电机,与太阳能组成风光互补供电系统,进一步提升极d天气下的供电可靠性。
四、支撑与防护单元(设备安装与保护)
保障设备安装牢固、不受外界环境损坏,延长使用寿命。
支撑结构
支架:通常为镀锌钢管或铝合金支架(高度1.5-2m),用于固定雨量传感器、太阳能板、通讯天线,确保传感器处于无遮挡的采集高度。
底座:采用混凝土浇筑或金属配重底座,确保支架在大风、暴雨等天气下不倾斜、不倾倒。
防护部件
防护箱:用于放置数据采集器、锂电池、传输模块,具备防水、防尘、防腐蚀功能(防护等级通常IP65及以上),避免电子元件受潮损坏。
防盗装置:部分野外安装的气象站会配备防盗锁、位移传感器,当设备被移动或破坏时,立即向后台发送报警信号。
