DZZ4自动气象站结构与原理
气象站工作原理
气象站工作原理气象站是一个专门用于观测和记录气象要素的设备，它在天气预报、气候研究等方面具有重要作用。
本文将介绍气象站的工作原理，从仪器设备、数据收集、分析与应用等方面进行探讨。
一、仪器设备气象站主要由一系列仪器设备组成，其中包括温度计、湿度计、气压计、风速风向计等。
温度计用于测量大气温度，湿度计则用于测量大气湿度，而气压计则用于测量大气压强。
风速风向计可以测量风的速度和方向。
这些仪器设备通过精确的测量和记录，收集到大量的气象数据。
二、数据收集气象站通过仪器设备记录的气象数据会被定期收集和整理。
收集数据的方式可以是手动采集，也可以是自动采集。
手动采集需要专业的气象观测人员定时到气象站进行数据记录，而自动采集则通过无线传感器等设备实现，可以实时监测和记录气象数据。
不管采集方式如何，重要的是确保数据的准确性和及时性。
三、数据分析与应用收集到的气象数据需要进行分析和应用。
首先，气象观测人员会对数据进行质量检验，剔除异常和错误数据，保证数据的可靠性。
然后，通过对数据的统计分析和比对，可以揭示气候变化趋势、天气规律等。
这些分析结果有助于编制天气预报、气候预测等信息，为人们的生活和决策提供参考。
此外，气象数据还可以应用于科学研究。
气象站收集到的数据可以为气象学、地理学以及环境科学等领域的研究提供重要依据。
例如，通过对气象数据的分析，可以研究气候变化对生态系统的影响，为环境保护和生态平衡的维护提供科学依据。
综上所述，气象站是通过仪器设备对气象要素进行观测和记录的地点。
通过收集、分析和应用气象数据，气象站可以为天气预报、气候研究以及科学研究等提供重要的支持和依据。
通过不断的观测和记录，气象站能够帮助人们更好地了解天气变化和气候规律，从而更好地适应和应对自然环境的变化。
新型自动气象站仪器故障诊断分析及维修维护方法
新型自动气象站仪器故障诊断分析及维修维护方法摘要：新型自动气象站在国民经济和农村发展中发挥着举足轻重的作用。
通过对DZZ4型自动气象站气压、风向、风速传感器、温、湿传感器的维修维护方法进行了研究，以保证气象资料的顺利、传送，提升台站业务人员的整体气象服务水平，并为基层气象台站业务人员提供一些参考建议。
关键词：DZZ4；自动气象站仪器；故障诊断；维修维护引言随着我国陆地气象服务的发展，DZZ4自动气象站已经在许多台站上运行，并取得了较好的效果。
DZZ4型自动气象台运用当今成熟、稳定、先进的电子测量、数据传输及控制系统技术，并运用现代总线技术路线，严格按照《新型自动气象(气候)站功能规格书(修订版)》要求开发的新一代自动气象台。
该系统具有可靠性、可维护性和要素扩充性等特点，能较好地满足现代化气象服务发展的需要，在测试和数据品质上取得了长足的进展，能够完全适应新时代气象事业的发展要求。
DZZ4型自动气象站是“积木式”结构， CAN总线技术，它包括：主采集器、分采集器、传感器、光纤模块、外围设备、电源系统等。
根据国家气象局的相关规定，各台站应根据需要，对自动气象站进行日维护、周维护、月维护、季度维护和年维护。
1DZZ4型自动气象站系统概述DZZ4自动气象站是在现代总线技术和嵌入式技术基础上建立起来的，按照国际规范，按照开放性的技术路径进行设计的。
这种新型气象自动台采用了“主/次”的架构，既可以满足全面的综合观察，又可以进行高性能的多功能的数据分析。
主要采样机与分采样机采用 CAN总线进行联机，并在主机上提供了一个通用的实体和一个实际的应用界面，以便满足扩充需求，便于迅速扩充天气因素，充分发挥DZZ4的灵活特性。
了解DZZ4新气象台的“模块化”体系架构，能更好地做好日常的维修工作，做到防患未然，尽量降低失效等故障问题的出现，保证自动气象台监测工作的顺利进行。
2DZZ4型自动气象站系统组成2.1通信、电源、主采集、温湿度分采集系统主要收集装置主要用于收集装置和分采器上的传感器，并根据标准进行处理、存储和传输。
DZZ4新型自动气象站观测数据异常分析处理
DZZ4新型自动气象站观测数据异常分析处理作者：毕于健来源：《现代农业科技》2016年第22期摘要结合山东省泰山站DZZ4新型自动气象站的实际，分析新型自动气象站异常数据，并给出对应处理措施，探讨新型自动气象站日常维护，以提升泰山站地面气象测报质量。
关键词 DZZ4新型自动气象站；异常数据；分析；处理；日常维护中图分类号 P415.1+2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）22-0217-01地面气象观测数据质量的高低直接影响台站的服务质量。
泰山站自从引入新型自动气象站以来，实现了地面气象观测自动化，提升了气象观测数据信息准确性。
在实际应用中，新型自动站观测数据极易受多种因素影响出现异常，需要使用人工等方法对故障和异常数据信息进行排除，使新型自动气象站恢复正常运行。
1 山东省泰山自动气象站概况DZZ4新型自动气象站由采集器、传感器、电源和通讯接口4个部分组成。
新型自动气象站使用了目前最先进的电子信息自动化技术成果，具有自动化、精度高、可扩展和易维护的特点，实现了对蒸发、降水量、温度、风向、风速、气压、地温等数据的采集，观测要素数据可精确到分钟。
新型自动气象站可以通过监测数据文件信息来判断自动气象站是否出现故障，大大降低了测报人员的工作强度。
2 DZZ4新型自动气象站观测数据异常的分析处理2.1 温湿度数据异常遇暴雨、大风等恶劣天气，雨水极易打湿传感器和电源接口处，这种情况会导致整点温湿度数据异常，通常使用人工方法补测；如果观测要素数据出现异常，基本站只有在每天的8：00、14：00、20：00定时编制气象测报，要使用人工方法补测。
若观测到的温度数据正常、湿度数据在整点10 min前后出现缺测，可以结合干湿球数据通过人工的方法补测缺测数据。
除此之外，还可以结合同时间段观测到的湿度数据进行补测[1-2]。
2.2 极值异常某时间段内的时极值出现异常很容易影响日极值的挑选，工作人员可以对该时间段的极值作为缺测进行处理。
DZZ4新型自动站故障处理及日常维护
DZZ4新型自动站故障处理及日常维护摘要：本文基于内丘县应用DZZ4新型自动站的实际情况，着重探讨了其运行过程中的常见故障及处理，并针对DZZ4新型自动站的日常维护提出自身的几点建议，以期能够为顺利开展气象测报工作，提高气象观测质量提供一定的参考。
关键词：DZZ4；新型自动站；故障；处理；日常维护引言随着社会经济与科技的发展，气象事业也突飞猛进，与此同时，新型自动气象站在全国各个地区得到广泛应用。
河北省内丘县自DZZ4新型自动气象站投入使用以来，既使气象观测人员的劳动强度明显降低，又使气象观测质量显著提升。
但是在其实际运行过程中往往会出现各种各样的问题，严重阻碍了气象测报工作的顺利开展。
因此，要求气象观测工作人员必须熟练掌握基本观测知识及新型自动站相关的理论知识，还能够及时发现故障并采取有效的处理应对措施，使自身的实际操作能力得到明显增强，不仅能够保证自动气象站的安全、正常运行，还能为顺利开展气象观测、天气预报及气象服务等工作提供一定的保障。
1 DZZ4新型自动站的系统结构1.1结构设计DZZ4新型自动气象站作为新一代自动气象站，是由江苏无线电科学研究所研制而成的。
此种类型的自动气象站以多年的自动站专业设计经验为基础，并综合电子测量、数据传输、数据控制等多项技术进行设计，能够实现实时远程监控，且具有较高的准确性、可靠性，易于维护与扩展等特点。
1.2硬件结构DZZ4新型自动气象站由主采集器、分采集器、传感器、外部总线与外围设备等几部分硬件结构组成。
其中采集器主要由若干个分采集器及1个主采集器组成，并使用CAN总线将各个采集器之间进行相互连接。
主采集器主要用于采集气压、雨量、风向风速、蒸发量及降水等要素；而分采集器主要用于采集地温、温湿度及辐射值等要素。
DZZ4新型自动站传感器种类主要有智能传感器、数字传感器与模拟传感器等几大类。
智能传感器主要包括温湿度传感器、能见度传感器、称重式降水传感器、气压传感器等；数字传感器包括风向风速传感器、翻斗式雨量计；模拟传感器主要包括高精度气温传感器、地温传感器、蒸发传感器与湿度传感器等。
自动气象观测系统
主要内容
概述 结构及工作原理 硬件 软件 采集与算法 自动气象站网
§1 自 动 气 象 站 ——概 述
自动气象观测系统，从狭义上说是指自动 气象站，从广义上说是指自动气象站网。
自动气象站是一种能自动地观测和存储气 象观测数据的设备。如果需要，可直接或 在中心站编发气象报告，也可以按业务需 求编制各类气象报表。
当太阳直辐射量超过120W/㎡时，直接辐射表和日照 时数记录仪连接，也可直接测量日照时数。
风向、风速 温、湿度
气压 雨量 地温 蒸发 辐射
传感感雨器
自动气象站的结构框图
采集系统
采集核心
防雷板
通讯预处理
MODEM 串口隔离器 DCP发射机 VHF/UHF
通讯部件
UPS 主控机 打印机
供电系统
2分钟平均风向 2分钟平均风速 10分钟平均风向 10分钟平均风速
气压传感器
原理
振筒式气压计由振动筒、外保 护筒、激振线圈和检测线圈组成。
弹性振筒感应内外的真空腔和 空气腔的压力差对应输出变化的频 率。系统将频率转化为电压输出。
为解决振筒振动固有频率的温 度漂移，在振筒基座上加了一个测 温元件，将测得筒内气体温度作为 参数提供给系统进行温度补偿。
蒸发传感器
超声波测距原理，选用高精度 超声波探头，对标准蒸发皿内水面 高度变化进行检测，转换成电信号 输出 。
照时数记录仪连接，也可直接 测量日照时数。
收率的黑色涂层。在线性范围
内产生的温差电势与太阳直接
辐照度成正比。
• 自动跟踪装置是由底板、纬度 架、电机等组成。电机是动力 源，用户可根据要求选择直流 电机或交流电机作为动力源。
• 该表的跟踪精度与安装和细心 的调整有密切关系，有关详细 说明请参考产品说明书。
新型自动气象站实习实训(修改)
实习实训1电子技术基础1.1 目的要求1.掌握数字万用表的基本使用方法。
2.能够对基本的电子元器件进行识别和测试。
3.了解DZZ4和DZZ5电源系统结构和原理，掌握电源系统的测试步骤。
1.2学时4学时1.3预习内容1.电子技术基础。
2.新型自动站电源结构。
1.4 设备与工具1.数字万用表。
2.电阻、电容、电感、二极管、保险管。
3.DZZ4和DZZ5新型自动站电源箱。
1.5 原理与说明1.基本概念电压：静电场中电荷在某一点所具有的势能，又称电势能，用符号U 表示。
单位：伏特（V）。
电流：电荷的定向移动，电流的大小称为电流强度，用符号I表示。
单位：安培（A)。
电阻：导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻，用符号R表示。
单位：欧姆（Ω）电功率：描述电做功快慢的物理量，也称为单位时间内电能所做的功。
W=P*t（电功），P=U*I（电功率）电流、电压、电阻的关系：U=R*I I=U/R R=U/I2.数字万用表是一种数字化新型测量仪表，输入阻抗高、测量对象和量程宽、读数显示准确直观。
数字万用表可以测量交、直流电压、电流、电阻图1.1 UT51型数字万用表等，有的还能测量电容、电感、晶体管参数、频率、温度等。
图1.1为UT51型数字万用表外形，面板上部为液晶显示屏，显示屏左下方设有整机电源开关（POWER），按下为“开”，再按一下使其弹起为“关”。
面板中央为测量选择开关，使用时，转动旋钮至适当挡位即可。
面板下部有4个插孔，分别是公共端插孔“COM”；测量电压、电阻和二极管插孔“VΩ”；测量较低电流插孔“A”；测量较高电流插孔“10A”。
使用时，将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入相应插孔。
3.DZZ4型自动气象站电源供电采用交流供电系统，如图1.2所示，主要由空气开关、开关电源、防雷组件、蓄电池和充电保护模块等组成。
供电单元的输入为 AC220V。
供电单元的输出有两组，均为 DC12V，分别给主采集箱和各分采集箱进行供电。
DZZ4型自动气象站观测中常见故障诊断方法
向、 风速 、 降水 和地 温） 的常见故 障的排 除方 法 ， 正确判 断分 析出现异常情况的原 因， 掌握 各种要 素故障时 的应 急处理措 施 ， 保
证数据采集 的准确性 、 完整性 和可用性。
关 键词 ： 要素； 分析； 诊断
中图分 类 号 ： Ｐ ４ １ ５ ． １ 文献 标识 码 ： Ｂ 术构建 ， 它 由硬件 和 软 件 两 大部 分 组 成 。硬 件 包 括 采集器（ １ 个 主 采集 器 和若 干 个 分 采集 器 ） 、 外 部 总
随着 Ｄ Ｚ Ｚ ４的 普 遍 使 用 ， 自动气 象 站 能 否 正 常
５ ｃ ｍ地温， 若数据显示正常 ， 则 可判断地温分采 没
有 问题 ， 有 可能 是 ５ ａ ｍ地 温传 感器 或线 路故 障 。
３ ． ２ 测 量 法
运行及数据采集是否 准确、 完整、 可用就显得 尤为 重要 。 自动观 测 的数 据 客 观 连 续 ， 很 大 程 度 上 避 免 了人为误差 ， 使气象资料的代表性 、 准确性 、 比较性 更强。然而由于 Ｄ Ｚ Ｚ ４使用 时间短 ， 对仪器 的性能 和维 护保 养 还 比较 欠 缺 ， 为 了保 证 Ｄ Ｚ Ｚ ４的正 常 运 行， 仪器的维护是关键 。保 障 Ｄ Ｚ Ｚ ４的正常运行 ， 对 气象 而言 尤 为 重 要 。通 过 台 站 在 实 际 工 作 中 遇 到
障的排除方法 。
２ Ｄ Ｚ Ｚ ４的 组 成 结 构
Ｄ Ｚ Ｚ ４基 于现代 Ｃ Ａ Ｎ总线 技术 和嵌 入式 系统 技
感器输出信号值 。 万用表是 自动站故障判断 中不可缺少的测量工
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ － ０ ５ － ０ ６ 第一作者简介 ： 唐燕 （ １ ９ ８ ４ 一） ， 女， 工程师 ， 主要从事综合气象业务工作 。
自动气象观测系统
温湿传感器
? 来自芬兰 VISALA公司 的温湿度传感器
? 同时测量空气温度和 相对湿度
CAWS-FH 防辐射罩
?原理
? 测湿元件是聚合物薄膜电 容传感器
? 测温元件是铂电阻Pt100
温
? 感应部件位于传感器杆头 部，外有一层滤膜过滤罩
湿 保护
度 ? 标准4线制铂电阻测温满足 传 PT385测温标准
气压传感器
原理
振筒式气压计由振动筒、外保 护筒、激振线圈和检测线圈组成。
弹性振筒感应内外的真空腔和 空气腔的压力差对应输出变化的频 率。系统将频率转化为电压输出。
为解决振筒振动固有频率的温 度漂移，在振筒基座上加了一个测 温元件，将测得筒内气体温度作为 参数提供给系统进行温度补偿。
蒸发传感器Байду номын сангаас
超声波测距原理，选用高精度 超声波探头，对标准蒸发皿内水面 高度变化进行检测，转换成电信号 输出 。
? 技术指标
测量范围 响应灵敏度 工作电源 分辨率 输出 抗风强度 工作环境
0~360° 0.3 m/s（30度偏角） 10~14VDC 3° 电压0~2.5VDC 75m/s -40℃~60℃、0~100%RH
风向、风速 传感器
测量距地 10米 处的地面风的速度 及方向值，并转换 为电信号，此信号 可以直接传送到显 示仪器或记录设备
抗风强度
75m/s
传感器输出 0~1221Hz方波
工作电源
12V
工作温度-40 oC~+60 oC (带加热)
测风杆
风向传感器
? 原理
? 风标转轴带动的6至8位格雷码光码盘 ? 6至8个同心圆轨道，0、2、22、23、24、25、(26 、27)等分 ? 相邻每份作透光与不透光处理 ? 码盘两侧同一半径上的6至8对光电耦合器件 ? 输出相应的6至8位格雷码，每一个格雷码代表一个风向。
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结构原理—温度传感器工作原理
铂电阻温度传感器是根据铂电阻的电阻值随温度变化的原理来测 定温度的。
测 V1、V2 值即可求得 Rt: Rt=R0*V1/V2
温度计算公式：T=A+B*Rt+C*Rt2
恒流源
A
Rt
R0
V1
V2
结构原理—温度传感器工作原理
如SL3-1，每翻斗计为0.1mm ➢ 风向(ZQZ-TF)
七位格雷码，如239度为1111111， 0度为0000000 ➢ 风速(ZQZ-TF)
输出频率信号，V=0.1f
结构原理—传感器
智能型传感器
传感器内含嵌入式处理器，进行数据采样和处理，直接输 出数据。采集器按一定协议直接读取其数据。 常见传感器
长线串口 直接连通
RS232/RS422/RS485 串口通讯电缆
数据传输 命令处理
数据传 输以及交 互控制命 令处理。
远程无线 数据传输
以太网 数据传输
GPRS CDMA1X 3G、卫星 通讯网络
远程中心站服务器
计算机网络
网络计算机
自动气象站电源供电系统
后备电源
电源（充电）控制器
蓄电池 交流市电 太阳能 风力发电
WUSH-BTH
DSC1 DSS1
结构原理—传感器
模拟量传感器
传感器输出电流或电压，采集器按规范要求对其进行采 样计算，输出各气象要素值。 温度: WUSH-TW100 （ZQZ-TW）温度传感器 温湿度:DHC2湿度传感器 其他 辐射传感器、蒸发传感器等
结构原理—传感器
数字量传感器
传感器输出脉冲或频率，采集器对其采样计算。 ➢ 雨量
计算机开机、安装ISOS软件、串口调试助手
DZZ4自动气象站结构组成
DZZ4自动气象站设备外观及结构图
DZZ4自动气象站功能结构
气象要素变换 传感器
数据采集器系统
数据采集
数据存储
利用了包括： 机电转换、光电 转换、压电转
换、电-磁转换、 材料特性变化等 各种转换，把气 象要素转变为可 以进行仪器处理
利用仪器自动地进行观测 和发送或数据 转换成电码形式的系统。 （WMO,1981）
新型自动气象站发展
1999
启动地面基本气象要 素的自动气象观测
全面达到WMO规定的观 测指标，形成自动化、集 约化、标准化的业务体系。
2020
2008
中国气象局编制《新 型自动气象站功能规 格需求书》，统一了 自动气象站设计要求。
它基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建，由硬件和 软件两大部分组成。
硬件包括采集器（1个主采集器和若干个分采集器）、外 部总线、传感器、外围设备四部分。
软件包括嵌入式软件、业务软件两部分。
DZZ4自动气象站结构组成
DZZ4自动气象站设备外观及结构图
DZZ4自动气象站结构组成
设备配置清单
设备名称
的电信号。
根据传感器输 出的电信号类型 不同，采用不同 数据采集处理电 路。
对传感器输出 的模拟电信号进 行A/D转换处 理，对输出的脉 冲频率信号进行 计数或检测信号 周期处理。
对采样数据进 行计算处理，得 到相关的气象要 素观测数值。
保存观测 记录数据， 以备查询、 处理。
雷电防护系统
本地终端计算机
DZZ4自动气象站结构与原理
自动气象站定义
AWS
Automatic Weather Stations
AWOS
Automated Weather Observing Systems
能自动进行地面气象观测、 存储和发送观测数据，并 能根据需要将观测数据转 换成气象电报和编制成气 象报表的地面气象观测设 备
新型自动气象站发展
DZZ4—江苏省无线电科学研究所有限公司
新型自动气象站发展
DZZ5—华云升达（北京）气象科技有限责任公司
新型自动气象站发展
DZZ6—中环天仪（天津）气象仪器有限公司
新型自动气象站发展
DZZ1-2—广东省气象计算机应用开发研究所
新型自动气象站设计结构
设计思路 硬件 软件
统一标准 统一功能 统一结构 统一方法 统一规范
200 6
五种型号的新型自动气象 站完成设计定型，在业务 中推广使用。
2012
全面提升：
建立完2善0的1 全自动化
业务流7程和观测规范
2015
第二次跨越： 初步实现云能天自动观测，基 本建立全自动化业务流程和观 测规范。制定了地面软硬件技 术标准和集约化技术架构。
新型自动气象站发展
DZZ3—上海长望气象科技股份有限公司
配置（DZZ4型）
自动站机箱
DZZ4
电源箱
DZZ4-PD1
主采集器
WUSH-BH
温湿度分采
WUSH-BTH
温度传感器
WUSH-TW100
湿度传感器
DHC2
气压传感器
DYC1
雨量传感器
SL3-1
雨量电缆、温湿分采CAN线、电池连接线、电源线、串口线、光纤通信盒 （光线通信、模块配套电源）、光纤尾纤、蓄电池、温湿度安装支架、托盘、 小桶、量杯、万用表、水平尺、指北针、活动扳手、大十字起、小一字起、
DZZ4自动气象站结构原理
❖传感器 ❖采集器 ❖电源 ❖通信
结构原理—传感器
传感器类型 模拟传感器 数字传感器 智能传感器
传感器名称
气温传感器
地温传感器 湿度传感器 蒸发传感器 辐射传感器 翻斗雨量传感器 风传感器 气压传感器
温湿度智能传感器
称重降水传感器 雪深传感器
型号
WUSH-TW100
ZQZ-TW DHC2 WUSH-TV2 FS系列 SL3-1 ZQZ-TF DYC1
采集器采用嵌入式系统 主分多采集器结构 主分采集器通信采用CAN总线
嵌入式Linux操作系统
新型自动气象站设计结构
DZZ4自动气象站简介
DZZ4型自动气象站作为一种地面气象自动化观测系统， 可完成气温、湿度、气压、风向、风速、降水量、地温、 蒸发、雪深、能见度等要素的数据采集、处理、质控、存 储和传输。
气压：DYC1气压计 能见度：HY-35（HW-N1）能见度 称重降水：DSC1称重雨量传感器 雪深：DSS1雪深传感器 天气现象传感器 云观测传感器
结构原理—温度传感器
WUSH-TW100温度传感器
精度： 0.05℃
WUSH-TW100是高精度铂电阻温度传 感器，等级为IEC60751 AAA，测量范 围(-50～+60)℃。传感器采用不锈钢铠 装，防护级别达到IP67。该传感器具有 极佳的可互换性和长期稳定性，广泛应 用于气象、水文和环保等部门。