摘 要：CAWSmart智能自動氣象站是針對中國氣象局“云+端”體制專門設(shè)計、研制的新型智能化自動氣象站。針對CAWSmart智能自動氣象站的系統(tǒng)構(gòu)造、工作原理進行了分析，闡述了智能站安裝調(diào)試的要求及方法，總結(jié)了智能站的維修思路，為業(yè)務(wù)人員使用和維護設(shè)備提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：CAWSmart；智能自動氣象站；工作原理；安裝調(diào)試；維護維修

中圖分類號：P415.12 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

CAWSmart智能自動氣象站是針對中國氣象局“云+端”體制，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一功能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計思路，專門研制的新型智能化自動氣象站。智能自動氣象站采用了“云+端”和 ZigBee新組網(wǎng)模式，豐富的智能化新功能提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，可實現(xiàn)對氣溫、氣壓、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水等氣象要素的自動觀測，溫濕壓測量準(zhǔn)確度也得到了明顯提升，并具有低功耗、高可靠、高精度、高穩(wěn)定、易擴展、易維護等特性。智能供電系統(tǒng)可以提供充足可靠的供電保證，能夠滿足現(xiàn)有氣象基本要素的觀測要求，為地面觀測系統(tǒng)提供有效的氣象觀測數(shù)據(jù)[1-3]。

1 系統(tǒng)構(gòu)造

CAWSmart智能自動氣象站主要由智能集成處理器、智能測量儀、智能節(jié)點控制器、太陽能供電系統(tǒng)、外圍設(shè)備及配套軟件組成（圖1）。

1.1 DPZ6智能集成處理器

DPZ6智能集成處理器是CAWSmart智能自動氣象站的前端數(shù)據(jù)處理核心設(shè)備。智能集成處理器由硬件和嵌入式軟件組成，硬件包含高性能嵌入式處理器、高精度實時時鐘電路、大容量程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器、ZigBee模塊、通信接口、串行接口、USB接口、SD卡接口、檢測電路、指示燈和供電接口等，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以滿足各種復(fù)雜氣象探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理要求。嵌入式軟件負責(zé)按觀測要求，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)上傳、時鐘同步等功能。

1.2 智能測量儀

1.2.1 DWZ1智能氣溫測量儀

DWZ1智能氣溫測量儀主要由感溫元件、信號智能處理電路和電源電路3部分組成。感溫元件采用金屬鉑（Pt）制成的熱敏電阻，屬于正溫度系數(shù)元件。該元件在0 ℃的電阻值為100 Ω，故稱為Pt 100。它可將環(huán)境溫度變化體現(xiàn)為電阻值的變化，阻值隨著溫度上升呈線性增加。信號智能處理電路集信號采樣、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)存儲、故障檢測、數(shù)據(jù)通信等功能于一體。電源電路則可提供儀器所需的電源寬壓輸入，保證設(shè)備工作穩(wěn)定。

1.2.2 DHC1智能濕度測量儀

DHC1智能濕度測量儀主要由濕度感應(yīng)元件、信號智能處理電路和電源電路3部分組成。濕度感應(yīng)元件采用高分子薄膜作為電介質(zhì)制成電容，其介電常數(shù)隨著高分子薄膜所吸收的水汽變化而變化。介電常數(shù)改變后，濕敏電容的電壓也會發(fā)生變化，測量濕敏電容兩端的電壓值即可換算得到濕度值。

1.2.3 DYG1智能氣壓測量儀

DYG1智能氣壓測量儀主要由壓力感應(yīng)元件、信號智能處理電路和電源電路3部分組成。壓力傳感器元件采用溝槽蝕刻硅諧振技術(shù)，可將壓力轉(zhuǎn)換為頻率信號。

1.2.4 DEB1智能風(fēng)測量儀

DEB1智能風(fēng)測量儀主要由分體式的風(fēng)向和風(fēng)速感應(yīng)部件、信號智能處理電路和電源電路3部分組成。風(fēng)向測量主要利用低慣性的風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)部件，風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)軸下端的風(fēng)向碼盤轉(zhuǎn)動，碼盤按7位格雷碼編碼，通過光電掃描輸出7位格雷碼信號。風(fēng)速測量利用低慣性的風(fēng)杯作為感應(yīng)部件，其感應(yīng)部件隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)并帶動風(fēng)速碼盤轉(zhuǎn)動，對碼盤進行光電掃描，輸出相應(yīng)的電脈沖信號。

1.2.5 DSDZ3智能翻斗式雨量測量儀

雨水通過面積為314 cm2的承雨口匯集，先在上翻斗積蓄起來，再以相對恒定的雨強進入計數(shù)翻斗，當(dāng)盛水量到達設(shè)計指標(biāo)時翻轉(zhuǎn)，另一側(cè)翻斗繼續(xù)盛水，循環(huán)運轉(zhuǎn)。計數(shù)翻斗上安裝有磁鐵，當(dāng)翻斗進行翻轉(zhuǎn)的瞬間，磁鐵驅(qū)動干簧管進行吸合和釋放的動作，產(chǎn)生一個開關(guān)量信號，每個開關(guān)量信號相當(dāng)于0.1 mm降水量。通過智能集成處理器、計數(shù)器等對開關(guān)量信號進行測量累加，可實現(xiàn)對降水量的自動化測量。

1.3 智能節(jié)點控制器

在未組網(wǎng)狀態(tài)下，智能節(jié)點控制器可實現(xiàn)上電自動檢測，識別出當(dāng)前所連接的智能測量儀類型，并根據(jù)智能測量儀類型及ID，自動生成MAC地址進行自動組網(wǎng)。也可以根據(jù)連接智能測量儀類型及ID進行手動組網(wǎng)。組網(wǎng)后智能節(jié)點控制器可實現(xiàn)與智能測量儀的點對點數(shù)據(jù)傳輸。由于是點對點通信，智能節(jié)點控制器與智能測量儀類型固定、ID固定。如需更換其他類型的智能測量儀，則需要先退網(wǎng)再重新組網(wǎng)生成新的MAC地址，才能進行點對點傳輸[4-5]。

1.4 太陽能供電單元

電源系統(tǒng)采用太陽能供電方式時，由太陽能電源控制器、太陽能電池板、刀片開關(guān)及蓄電池4部分組成。

1.5 通信單元

DPZ6智能集成處理器內(nèi)置通信模塊，將數(shù)據(jù)通過TCP/IP數(shù)據(jù)通信方式，依照特定的通信協(xié)議格式，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)定向發(fā)送給中心站服務(wù)器。同時，通信模塊也可通過無線網(wǎng)絡(luò)接受中心站的控制指令，完成特定的任務(wù)操作。

2 智能站調(diào)試設(shè)置

調(diào)試線（一端為DB9孔，一端為3芯端子）一端接計算機，一端接DPZ6集成處理器“調(diào)試口”。打開1個串口調(diào)試工具軟件。選擇正確的串口號。通信參數(shù)：19200，N，8，1。設(shè)備上電后會自動輸出版本信息，等待2 min左右即可讀取分鐘數(shù)據(jù)。

2.1 獲取所有智能傳感器的SN序列號

將智能節(jié)點控制器通電，檢查設(shè)備黃燈閃爍情況。當(dāng)4個節(jié)點控制器都閃2下后，發(fā)送 SN，YALL，F(xiàn)FF↙命令獲取SN序列號。

智能站會回復(fù)5個SN序列號，其中，YTBR代表雨量，YHMS代表濕度，YWPD代表風(fēng)，YTMP代表溫度，YTPS代表氣壓。

2.2 設(shè)置IP地址、端口號、區(qū)站號等參數(shù)

（1）設(shè)置中心站的 IP 和端口號：SETCOMMEXT00 10.76.116.178 1415 （此處有 27 個空格）CMNETT！↙。（2）返回：SETCOMMEXT00OK！——表示設(shè)置成功。（3）區(qū)站號：QZ，YIIP，000，A1234↙。（4）日期時間：DATETIME，YIIP，000，2023-08-31，12：34：00↙。（5）氣壓傳感器海拔：ALTP，YIIP，000，00612↙。

2.3 獲取智能站數(shù)據(jù)并檢查

設(shè)置完相關(guān)參數(shù)后，在串口調(diào)試助手的命令發(fā)送端輸入READDATA，YIIP，000↙命令，點擊發(fā)送按鈕，返回值：<YIIP，000，F(xiàn)>↙表示讀取失敗，正確返回：當(dāng)前數(shù)據(jù)。

3 維護與維修

3.1 節(jié)點控制器異常

即智能站站點出現(xiàn)中心站數(shù)據(jù)子電源電壓狀態(tài)缺測，相關(guān)要素數(shù)據(jù)缺失?，F(xiàn)場直連智能傳感器發(fā)命令有數(shù)據(jù)回復(fù)，直連節(jié)點控制器發(fā)命令沒有任何響應(yīng)。此時，需要更換節(jié)點控制器（圖2）。

調(diào)試設(shè)置：打開智能站新型站串口測試工具軟件（圖3）?！按诿Q”處選擇正確的串口號，波特率默認19200，點擊“打開串口”。此時串口狀態(tài)應(yīng)為綠色。

（1）節(jié)點控制器退網(wǎng)：勾選“智能站設(shè)備更換”—“更換節(jié)點控制器”—“顯示詳細指令”。 點擊“節(jié)點控制器退網(wǎng)指令”—“發(fā)送指令”，確認所有節(jié)點控制器狀態(tài)燈均為閃爍4下的狀態(tài)。（2）打開允許入網(wǎng)窗口：點擊“打開集成處理器允許入網(wǎng)窗口”—“發(fā)送指令”。（3）重啟節(jié)點控制器：點擊“重啟各節(jié)點控制器”—“發(fā)送指令”，當(dāng)所有節(jié)點控制器狀態(tài)指示燈均閃爍2下時，組網(wǎng)完成。（4）獲取傳感器真實SN號：勾選“更換集成處理器”—“顯示詳細指令”。點擊“讀取傳感器的真實SN號”—“發(fā)送指令”，等待軟件回復(fù)所有智能傳感器的真實SN號。

3.2 智能傳感器異常

智能站站點出現(xiàn)中心站要素數(shù)據(jù)缺測現(xiàn)象，相關(guān)節(jié)點控制器子電源狀態(tài)正?！，F(xiàn)場直連智能傳感器發(fā)送命令無任何回復(fù)。此時，需要更換智能傳感器（圖4）。

調(diào)試設(shè)置：當(dāng)4個節(jié)點控制器狀態(tài)燈均處于持續(xù)閃爍2下狀態(tài)時，選擇“智能站設(shè)備更換”，進入“更換傳感器”界面。（1）在“步驟一”，手動選擇需更換的傳感器類型。（2）點擊“步驟二”—“發(fā)送指令”，獲取新傳感器的真實SN號。（3）在“步驟三”處，框內(nèi)會顯示讀取到的傳感器真實SN號，點擊“手動寫入配置文件”，將獲取到的SN號寫入DPZ6智能集成處理器。（4）點擊“步驟四”—“發(fā)送指令”，重啟DPZ6智能集成處理器。此時可聽到集成處理器發(fā)出輕微的“咔嗒聲”，2 min后可嘗試進行調(diào)試。

3.3 集成處理器異常

智能站出現(xiàn)中心站所有要素和狀態(tài)數(shù)據(jù)均缺測?，F(xiàn)場直連DPZ6智能集成處理器無任何回復(fù)。經(jīng)排查供電正常，此時，需要更換智能集成處理器（圖5）。

調(diào)試設(shè)置：（1）退網(wǎng)操作：執(zhí)行退網(wǎng)操作時節(jié)點控制器應(yīng)保持開機狀態(tài)。勾選“智能站設(shè)備更換”—“更換集成處理器”—“顯示詳細指令”。點擊“退網(wǎng)命令”—“發(fā)送指令”，觀察節(jié)點控制器狀態(tài)燈，確認所有狀態(tài)燈均為閃爍4下狀態(tài)。 （2）組網(wǎng)操作：點擊“組網(wǎng)命令”—“發(fā)送指令”。（3）重啟操作：點擊“重啟各節(jié)點控制器”—“發(fā)送指令”，當(dāng)所有節(jié)點控制器狀態(tài)指示燈均為閃爍2下狀態(tài)時，組網(wǎng)完成。（4）獲取SN號：點擊“讀取傳感器真實SN號”—“發(fā)送指令”，獲取所有傳感器的真實SN號。（5）寫入SN號：獲取智能傳感器SN號完畢后，需要將所獲取到的智能傳感器SN號寫入DPZ6智能集成處理器。點擊“讀取傳感器真實SN號”—“寫入配置文件”，將獲取到的SN號寫入智能集成處理器。當(dāng)收到《YIIP，000，T》的回復(fù)時，代表智能傳感器真實SN號已成功寫入DPZ6智能集成處理器。（6）設(shè)置 IP 地址，端口號，區(qū)站號等其他參數(shù)。（7）所有設(shè)置操作完成后需重新啟動DPZ6集成處理器及所有節(jié)點控制器，使設(shè)置項生效。

4 結(jié)束語

介紹了CAWSmart智能自動氣象站的結(jié)構(gòu)、安裝調(diào)試和維護維修方法，臺站業(yè)務(wù)人員可以參考介紹的方法，對設(shè)備進行安裝、調(diào)試和維修，提高設(shè)備維護維修的能力，保障設(shè)備正常運行。

參考文獻

[1] 劉非，田世芹，孫亞麗.智能電源在自動氣象觀測站保障中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2019（6）：90-92.

[2] 雷瑩，陸揚，李迪，等.氣壓傳感器智能檢定系統(tǒng)研究和實現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（25）：37-40.

[3] 許兵甲，黃飛龍.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能自動氣象站設(shè)計[J].廣東氣象，2022，44（4）：74-76.

[4] 黃飛龍，譚晗凌，霍亞.物聯(lián)網(wǎng)與自動氣象站深度融合方法研究[J].計算機測量與控制，2022，30（3）：217-221.

[5] 蘇睿，聞春華，蘇涵智，等.新型自動氣象站故障智能診斷系統(tǒng)設(shè)計[J].氣象與減災(zāi)研究，2021，44（3）：228-234.