[科普中国]-总线型自动气象站

简介

总线型自动气象站是指采用了总线技术的自动气象站，与传统意义上的自动气象站有很大不同。这里所说的总线技术是从工业控制系统中的现场总线(fieldbus)技术引申而来。1

功能随着技术经济的发展，工业用户需要对生产系统实施最佳的控制，对生产过程信息的实时采集和存取，现场总线正是在这种背景下提出来的，20世纪80年代以来，在微电子和计算机技术的支持下，现场测量的元件和控制阀已趋向智能化，出现了测量的智能化仪表和智能调节阀，它们不仅在内部处理功能和性能上有了很大提高，而且采用了双向数字通信技术，使其能与控制系统相互通信.其优点是不仅可传输测量结果，而且可以附带其他信息，如在传输环境湿度数据的同时，可附带传输在该环境下与产品质量有关的某些参数，数字通信的双向性，使其不仅可以实现现场仪表向控制系统传送测量数据，而且还可反过来实现控制系统对现场仪表进行标定和诊断。

该系统的测量元件具有了革命性的变化，例如测温元件已不是一般的铂电阻或热敏电阻，而是带隙(band gap)结构的半导体测温元件这种元件利用了制备大规模积层芯片的工艺，并与相关的线路一起完成.例如测压元件可以将测温电阻、测量单晶硅空盒的应变电阻、气压和温度补偿的换算电路以及其他相关的电路单元一次性制备完成。

根据国际电工委员会IEC1158定义安装在现场的装置与室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。1

测量要素总线型器件有很多种类型，充分利用这些器件的功能，就可轻松地建成总线型自动气象站。

温度的测量在一线总线器件中，有多种器件内部都含有测温功能，其中型号为D818B20的器件最适合用来测量大气温度。

湿度的测量只要采用合适的敏感元件就可以通过1-Wire网络测量湿度，这里所指的就是输出电压和相对湿度呈线性关系，而且与电源电压成正比的敏感元件，因而多采用湿敏电容，这就要求既测量传感器元件的电源电压，又要测量传感器的输出，另外湿敏电容的输出具有一定的温度系数，为了得到精确的相对湿度，还要知道测湿元件所处的温度，型号为DS2438的器件恰好包括了所有用于相对湿度测量和温度修正计算的功能。

风速的测量风速的测量是通过读取风速传感器中光电脉冲数转换而来的，这里需要一个计数器，型号为DS2423的器件可以实现这一功能，DS2423是一个双路计数器，有两个独立的计数通道A和B,测量风速时只用其中一个即可，但实际应用时往往把两个通道并联使用。

风向的测量风向的测量是通过读取风向传感器中的格雷码盘产生的4位或7位格雷码，然后换算成风向方位角，这需要一个能读取4路或7路开关量的器件。

降雨量的测量自动气象站中测量降雨量的传感器通常是翻斗式雨量计，其计数原理与风速传感器类似，都是测量脉冲数，所以可以同样选用器件DS2423，翻斗式雨量计有单翻斗和双层翻斗两种，一般认为双层翻斗的计量更准确一些，但是这种双层翻斗的雨量计只用了下面一层的翻斗计数，上面的翻斗只起到对于不同的降雨强度均衡水流的作用。

大气压力的测量有两种类型的集成化压力传感器可供选择，一种是电压输出型，例如MPX4115A系列传感器；另一种是数字输出型，例如Intersema公司的MS5534系列传感器。1

与传统自动气象站的对比如图是一张总线型自动气象站的示意图，从图上可以清楚地看到总线型自动站的结构与遗传因子链非常相似，每个要测量的气象要素就好像遗传因子链中的一段，这些因子与一对双绞线构成了一个完整的气象要素测量链，因此，有学者将这种结构的自动站称为遗传因子链自动气象站。1