传感器智能化及其通信协议、芯片的研制

3、实现传感器接口与智能处理模块的标准化对接，避免安装错误。
“专用气象芯片”接口与传感器对接技术上：
1、通过线序位置的优化设计和跳线设置，使智能处理模块能够自动识别传感器类型。
2、检测引线连接是否正常，完成检测后，快速调用接入传感器的处理程序。
（四）难点及创新点
技术难点：传感器接口和接线改造，完成；接线引出封装工艺改进与适应恶劣环境的结构设计技术；
1、原则上不改变业务使用传感器的物理尺寸和传感器配套的附属设施，保持传感器结构设计对感应部分影响最小；
2、按照智能处理模块、网络传输模块和电源模块的物理尺寸合理设计布局结构，形成传感器一体化式样。对于较大的传感器，在结构设计上将参考传感器结构，将智能处理模块、网络传输模块以及电源模块融入传感器中，同时考虑一体化的防护措施；对于小型传感器在不影响传感器感应部分性能的基础上进行一体化改造接入，形成即插即用的整体结构。
目前地面气象观测要素传感器根据不同的接口和接线方式以通讯电缆线或分采集器级联方式接入主采集器，主采集器的功能一是完成基本气象要素传感器和各个分采集器的采样数据，对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输，与终端微机或远程数据中心进行交互；二是担当管理者角色，对构成的其他分采集器进行管理，包括网络管理、运行管理、配置管理、时钟管理等以协同完成自动观测的功能。此方式对要素的扩展和观测位置的安置需要大量的电缆和电缆地沟管线进行，在观测布局方面受到限制。其次要素的增加需要对通信协议和接入端口进行重新配置和添加，特殊的传感器还需要分采级联方式，大大增加了建设和维护成本。有线方式对防雷和抗干扰要求较高，不利于实施。并且此种方式将主采集器的功能地位至于顶端，一旦主采集器故障各种要素观测会处于全面缺测的状况。主采集器作为气象专用设备，集成复杂、批量小、成本高，可靠性低于通用的电子设备。随着科学技术的发展，尤其是计算机技术将向低功耗、智能化的方向发展，结合微机电传感器技术和微电子技术的成果，以传感器网络技术、智能信息处理技术和云计算技术为支撑，研制全自动、低功耗、高集成、网络化、智能化的地面气象自动观测智能设备，将地面观测由过去的竖线结构改变为网状结构，实现地面气象要素的智能观测成为地面气象综合观测的必由之路。
通过定制技术的研究和实施，不仅可以在较短的时间内实现已有传感器的初步智能化，同时通过研究和实施，积累传感器智能化经验和促进传感器智能化的相关研究，包括测量检测技术、结构设计、通信技术和网络技术等相关领域在传感器研究方面的应用。引导气象传感器研制单位改进传感器研制工作。逐步由传感能力测量向综合一体化的智能传感技术发展，提高传感器的综合应用水平。
通过本任务的实施，完成温度、湿度、气压、风向风速、翻斗式降水、称重式降水、蒸发、辐射等常规要素传感器的智能接入准备。
预期成果，通过本任务的实施，提高传感器智能化方面的基础能力，为今后的新型传感器智能化提供技术支撑。对已有的业务化传感器向智能化传感器量化生产提供技术参数依据。
For personal use only in study and research; not for commercial use
（二）目标及预期成果
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本任务的主要内容有：梳理现有的常规要素传感器，了解其接口、接线方式、其他性能参数，分析每一种气象要素的外形结构和引线结构，形成合理的定制技术要求；制定常规要素传感器与专用“气象芯片”的接口标准；通过测试完成不同要素传感器对供电的要求，制定电力供应支持标准和电源接线方式。
实现智能设备最小功能单元是构成地面观测智能设备的基础。最小功能单元即时对单个气象要素的智能化处理。
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气象观测业务要求，气象要素观测传感器必须采用已定型的传感器，保证气象探测数据具有数值量化一致性的问题。本项目重点对目前业务在用的传感器，如风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、蒸发、辐射、辐射传感器进行智能化处理时，只对输出信号端进行智能化处理，传感器的感应部分保持不变。因此本项目主要是按照智能观测设备要求定制常规气象要素传感器，并进行改进应用。
配合其他任务进度，完成12套观测要素智能最小化功能单元，为测试试验提供设备保障，对整个智能观测设备提供基础支撑。
（三）技术方案
对现有常规气象要素传感器的外部结构、接线结构进行重新设计和布局，研究“专用气象芯片”接口与传感器对接技术。
在外部结构和接线结构设计上充分考虑与智能处理模块和电源模块的集成设计。在外部结构设计上采取的技术路线为：
仪器开发任务/应用开发任务
实施方案提纲
名称
气象要素传感器智能化及其通信协议、芯片的研制
（一）目的和意义
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地面观测智能设备按照其功能要求由几个，或许多个最小功能部件单元组配构成，形成一个完整的气象探测应用设备。该设备在功能实现方面，是通过部件单元的灵活组配形成，可任意扩充。可以实现小至单点单要素的气象监测，大到多点多要素的气象监测，直至扩展到大的区域乃至全国范围的气象监测设备网。最小功能单元的实现首先是单一气象要素的智能化观测，气象业务的连续性、可比性和准确性。本项目的工作着重是对现有业务已应用的传感器通过定制的要求初步实现观测要素传感器的智能化。解决现有观测中传感器综合性能的提高。
3、外部结构设计不能影响传感器与支撑架设结构的连接，能够具备与目前已安装的常规要素传器快速互换能力，便于在现有基础上改造和更新。
在接线结构上采用的技术路线：
1、按照一体化的结构要求重新对原有接线进行改造，适当调整接线引出口以适应与智能处理模块和电源模块的对接；
2、制定规范的线序，对引线进行封装处理提高防护能力；