CAWSmart智能自动气象站的工作原理及维护维修

摘 要：CAWSmart智能自动气象站是针对中国气象局“云+端”体制专门设计、研制的新型智能化自动气象站。针对CAWSmart智能自动气象站的系统构造、工作原理进行了分析，阐述了智能站安装调试的要求及方法，总结了智能站的维修思路，为业务人员使用和维护设备提供技术支持。

关键词：CAWSmart；智能自动气象站；工作原理；安装调试；维护维修

中图分类号：P415.12 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）07–0-03

CAWSmart智能自动气象站是针对中国气象局“云+端”体制，按照统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路，专门研制的新型智能化自动气象站。智能自动气象站采用了“云+端”和 ZigBee新组网模式，丰富的智能化新功能提升了系统的稳定性和可靠性，可实现对气温、气压、相对湿度、风向、风速、降水等气象要素的自动观测，温湿压测量准确度也得到了明显提升，并具有低功耗、高可靠、高精度、高稳定、易扩展、易维护等特性。智能供电系统可以提供充足可靠的供电保证，能够满足现有气象基本要素的观测要求，为地面观测系统提供有效的气象观测数据[1-3]。

1 系统构造

CAWSmart智能自动气象站主要由智能集成处理器、智能测量仪、智能节点控制器、太阳能供电系统、外围设备及配套软件组成（图1）。

1.1 DPZ6智能集成处理器

DPZ6智能集成处理器是CAWSmart智能自动气象站的前端数据处理核心设备。智能集成处理器由硬件和嵌入式软件组成，硬件包含高性能嵌入式处理器、高精度实时时钟电路、大容量程序存储器和数据存储器、ZigBee模块、通信接口、串行接口、USB接口、SD卡接口、检测电路、指示灯和供电接口等，具有强大的数据处理能力，可以满足各种复杂气象探测系统的数据处理要求。嵌入式软件负责按观测要求，可实现数据收集、数据存储、数据上传、时钟同步等功能。

1.2 智能测量仪

1.2.1 DWZ1智能气温测量仪

DWZ1智能气温测量仪主要由感温元件、信号智能处理电路和电源电路3部分组成。感温元件采用金属铂（Pt）制成的热敏电阻，属于正温度系数元件。该元件在0 ℃的电阻值为100 Ω，故称为Pt 100。它可将环境温度变化体现为电阻值的变化，阻值随着温度上升呈线性增加。信号智能处理电路集信号采样、数据计算、数据质控、数据存储、故障检测、数据通信等功能于一体。电源电路则可提供仪器所需的电源宽压输入，保证设备工作稳定。

1.2.2 DHC1智能湿度测量仪

DHC1智能湿度测量仪主要由湿度感应元件、信号智能处理电路和电源电路3部分组成。湿度感应元件采用高分子薄膜作为电介质制成电容，其介电常数随着高分子薄膜所吸收的水汽变化而变化。介电常数改变后，湿敏电容的电压也会发生变化，测量湿敏电容两端的电压值即可换算得到湿度值。

1.2.3 DYG1智能气压测量仪

DYG1智能气压测量仪主要由压力感应元件、信号智能处理电路和电源电路3部分组成。压力传感器元件采用沟槽蚀刻硅谐振技术，可将压力转换为频率信号。

1.2.4 DEB1智能风测量仪

DEB1智能风测量仪主要由分体式的风向和风速感应部件、信号智能处理电路和电源电路3部分组成。风向测量主要利用低惯性的风向标作为感应部件，风向标随风转动，带动转轴下端的风向码盘转动，码盘按7位格雷码编码，通过光电扫描输出7位格雷码信号。风速测量利用低惯性的风杯作为感应部件，其感应部件随风旋转并带动风速码盘转动，对码盘进行光电扫描，输出相应的电脉冲信号。

1.2.5 DSDZ3智能翻斗式雨量测量仪

雨水通过面积为314 cm2的承雨口汇集，先在上翻斗积蓄起来，再以相对恒定的雨强进入计数翻斗，当盛水量到达设计指标时翻转，另一侧翻斗继续盛水，循环运转。计数翻斗上安装有磁铁，当翻斗进行翻转的瞬间，磁铁驱动干簧管进行吸合和释放的动作，产生一个开关量信号，每个开关量信号相当于0.1 mm降水量。通过智能集成处理器、计数器等对开关量信号进行测量累加，可实现对降水量的自动化测量。

1.3 智能节点控制器

在未组网状态下，智能节点控制器可实现上电自动检测，识别出当前所连接的智能测量仪类型，并根据智能测量仪类型及ID，自动生成MAC地址进行自动组网。也可以根据连接智能测量仪类型及ID进行手动组网。组网后智能节点控制器可实现与智能测量仪的点对点数据传输。由于是点对点通信，智能节点控制器与智能测量仪类型固定、ID固定。如需更换其他类型的智能测量仪，则需要先退网再重新组网生成新的MAC地址，才能进行点对点传输[4-5]。

1.4 太阳能供电单元

电源系统采用太阳能供电方式时，由太阳能电源控制器、太阳能电池板、刀片开关及蓄电池4部分组成。

1.5 通信单元

DPZ6智能集成处理器内置通信模块，将数据通过TCP/IP数据通信方式，依照特定的通信协议格式，通过4G无线网络定向发送给中心站服务器。同时，通信模块也可通过无线网络接受中心站的控制指令，完成特定的任务操作。

2 智能站调试设置

调试线（一端为DB9孔，一端为3芯端子）一端接计算机，一端接DPZ6集成处理器“调试口”。打开1个串口调试工具软件。选择正确的串口号。通信参数：19200，N，8，1。设备上电后会自动输出版本信息，等待2 min左右即可读取分钟数据。

2.1 获取所有智能传感器的SN序列号

将智能节点控制器通电，检查设备黄灯闪烁情况。当4个节点控制器都闪2下后，发送 SN，YALL，FFF↙命令获取SN序列号。

智能站会回复5个SN序列号，其中，YTBR代表雨量，YHMS代表湿度，YWPD代表风，YTMP代表温度，YTPS代表气压。

2.2 设置IP地址、端口号、区站号等参数

（1）设置中心站的 IP 和端口号：SETCOMMEXT00 10.76.116.178 1415 （此处有 27 个空格）CMNETT！↙。（2）返回：SETCOMMEXT00OK！——表示设置成功。（3）区站号：QZ，YIIP，000，A1234↙。（4）日期时间：DATETIME，YIIP，000，2023-08-31，12：34：00↙。（5）气压传感器海拔：ALTP，YIIP，000，00612↙。

2.3 获取智能站数据并检查

设置完相关参数后，在串口调试助手的命令发送端输入READDATA，YIIP，000↙命令，点击发送按钮，返回值：<YIIP，000，F>↙表示读取失败，正确返回：当前数据。

3 维护与维修

3.1 节点控制器异常

即智能站站点出现中心站数据子电源电压状态缺测，相关要素数据缺失。现场直连智能传感器发命令有数据回复，直连节点控制器发命令没有任何响应。此时，需要更换节点控制器（图2）。

调试设置：打开智能站新型站串口测试工具软件（图3）。“串口名称”处选择正确的串口号，波特率默认19200，点击“打开串口”。此时串口状态应为绿色。

（1）节点控制器退网：勾选“智能站设备更换”—“更换节点控制器”—“显示详细指令”。 点击“节点控制器退网指令”—“发送指令”，确认所有节点控制器状态灯均为闪烁4下的状态。（2）打开允许入网窗口：点击“打开集成处理器允许入网窗口”—“发送指令”。（3）重启节点控制器：点击“重启各节点控制器”—“发送指令”，当所有节点控制器状态指示灯均闪烁2下时，组网完成。（4）获取传感器真实SN号：勾选“更换集成处理器”—“显示详细指令”。点击“读取传感器的真实SN号”—“发送指令”，等待软件回复所有智能传感器的真实SN号。

3.2 智能传感器异常

智能站站点出现中心站要素数据缺测现象，相关节点控制器子电源状态正常。现场直连智能传感器发送命令无任何回复。此时，需要更换智能传感器（图4）。

调试设置：当4个节点控制器状态灯均处于持续闪烁2下状态时，选择“智能站设备更换”，进入“更换传感器”界面。（1）在“步骤一”，手动选择需更换的传感器类型。（2）点击“步骤二”—“发送指令”，获取新传感器的真实SN号。（3）在“步骤三”处，框内会显示读取到的传感器真实SN号，点击“手动写入配置文件”，将获取到的SN号写入DPZ6智能集成处理器。（4）点击“步骤四”—“发送指令”，重启DPZ6智能集成处理器。此时可听到集成处理器发出轻微的“咔嗒声”，2 min后可尝试进行调试。

3.3 集成处理器异常

智能站出现中心站所有要素和状态数据均缺测。现场直连DPZ6智能集成处理器无任何回复。经排查供电正常，此时，需要更换智能集成处理器（图5）。

调试设置：（1）退网操作：执行退网操作时节点控制器应保持开机状态。勾选“智能站设备更换”—“更换集成处理器”—“显示详细指令”。点击“退网命令”—“发送指令”，观察节点控制器状态灯，确认所有状态灯均为闪烁4下状态。 （2）组网操作：点击“组网命令”—“发送指令”。（3）重启操作：点击“重启各节点控制器”—“发送指令”，当所有节点控制器状态指示灯均为闪烁2下状态时，组网完成。（4）获取SN号：点击“读取传感器真实SN号”—“发送指令”，获取所有传感器的真实SN号。（5）写入SN号：获取智能传感器SN号完毕后，需要将所获取到的智能传感器SN号写入DPZ6智能集成处理器。点击“读取传感器真实SN号”—“写入配置文件”，将获取到的SN号写入智能集成处理器。当收到《YIIP，000，T》的回复时，代表智能传感器真实SN号已成功写入DPZ6智能集成处理器。（6）设置 IP 地址，端口号，区站号等其他参数。（7）所有设置操作完成后需重新启动DPZ6集成处理器及所有节点控制器，使设置项生效。

4 结束语

介绍了CAWSmart智能自动气象站的结构、安装调试和维护维修方法，台站业务人员可以参考介绍的方法，对设备进行安装、调试和维修，提高设备维护维修的能力，保障设备正常运行。

参考文献

[1] 刘非，田世芹，孙亚丽.智能电源在自动气象观测站保障中的应用[J].信息技术与信息化，2019（6）：90-92.

[2] 雷莹，陆扬，李迪，等.气压传感器智能检定系统研究和实现[J].科学技术创新，2022（25）：37-40.

[3] 许兵甲，黄飞龙.基于物联网的智能自动气象站设计[J].广东气象，2022，44（4）：74-76.

[4] 黄飞龙，谭晗凌，霍亚.物联网与自动气象站深度融合方法研究[J].计算机测量与控制，2022，30（3）：217-221.

[5] 苏睿，闻春华，苏涵智，等.新型自动气象站故障智能诊断系统设计[J].气象与减灾研究，2021，44（3）：228-234.