YRQX-20A便携气象仪手持式超声波气象站

1 YRQX-20A便携气象仪手持式超声波气象站概述
YRQX-20A便携气象仪（以下简称“便携气象仪”），可自动采集空气温度、相对湿度、气压、风向、风速和雨量气象要素数据，即可手持进行测量，也可固定在三脚架上，用于气象、环境、海洋等领域。
2 YRQX-20A便携气象仪手持式超声波气象站技术指标
2.1 测量性能指标
测量性能满足以下要求：
（1）空气温度
a）测量范围：-50℃～60℃；
b）大允许误差：±0.3℃；
c）分辨力：0.1℃。
（2）相对湿度
a）测量范围：0% RH～ RH；
b）大允许误差：0% RH ~90% RH时±3 %RH
90% RH ~ RH时±5 %RH；
c）分辨力：1%RH。
（3）气压
a）测量范围：500hPa～1100hPa；
b）大允许误差：±0.3 hPa（在0℃～30℃时）；
c）分辨力：0.1 hPa。
（4）风向
a）测量范围：0°～360°；
b）大允许误差：±3°；
c）分辨力：1°。
（5）风速
a）测量范围：0 m/s～60m/s；
b）大允许误差：±（0.3+0.03V）m/s（V为实际风速）；
c）分辨力：0.1m/s。
（6）降水
a）雨强：滑动一分钟平均值，10秒步进；
b）测量范围：0 mm/h～200mm/h；
c）分辨力：0.01 mm；
d）雨量大允许误差：±5%。
2.2 环境适应性
环境适应性满足以下要求：
（1）工作环境
a）温度：-40℃～60℃；
b）相对湿度：≤RH；
c）防护等级：IP65。
（2）贮存环境
a）空气温度：-50℃～70℃；
b）相对湿度：≤RH。
（3）抗风强度：≤40m/s。
2.3 可靠性
平均无故障间隔时间（MTBF）≥3000h。
2.4 维修性
平均修复时间（MTTR）≤0.5h。
2.5 电源
采用低温锂电池组供电，单组电池续航时间≥8h。
2.6 系统功耗
功耗≤1W。
2.7 物理特性
物理特性如下所示：
（1）重量
a）便携气象仪（主机部分）：≤1.6kg；
b）便携气象仪（含三脚架）：≤4.5kg。
（2）外形尺寸
a）便携气象仪（主机部分）：高度≤410mm，直径≤140mm；
b）便携气象仪（含三脚架）：高度可调，架设后温湿度敏感元件中心距地高度可调整到1500 mm±50mm。
3 组成结构
便携气象仪由硬件和软件两部分组成。硬件包括组合气象传感器、数据采集单元、通信单元、供电单元、显示单元、手柄式底座、按键和便携三脚架等部分。软件包括采集软件和观测软件。软件用户手册详见附录A。
便携气象仪总体结构见图1。
图1 便携气象仪总体结构图
1 风传感器 2 雨量传感器 3 温湿压传感器 4 显示屏 5 按键
6 手柄式底座（内部含锂电池组）7 三脚架
3.1 组合气象传感器北京气象站
便携气象仪采用组合气象传感器进行气象要素的采样，通讯接口为RS-485。传感器输出的气象要素数据包括空气温度、相对湿度、气压、风向、风速和雨量。YRQX-20A便携气象仪手持式超声波气象站

3.2 YRQX-20A便携气象仪手持式超声波气象站 数据采集单元
数据采集单元由中央处理器、时钟电路、数据存储器、外部通信接口、控制电路等部分构成，主要完成传感器的数据采样、对采样数据进行计算和存储，实现数据通信传输，并监测充电电压和电池电压等工作状态。
数据采集单元功能结构见图2。

图2 数据采集单元功能结构图
3.3 通信单元
通信单元实现数据采集单元和数据显示终端的通信，采集单元可通过RS-485接口传输实时观测数据和参数信息，也可通过命令导出历史测量数据。RS-485默认数据通信波特率为9600、N、8、1，可通过命令更改波特率。
同时还设计了蓝牙连接无线通信接收端（手机，平板以及连接蓝牙接收器的笔记本电脑）。
3.4 供电单元
便携气象仪采用锂电池组供电，单组电池续航时间≥8h，锂电池组由4节18650电池2并2串组成，配有12V直流适配器进行充电，并且具有过压、过流充电/放电保护功能。
3.5 显示单元
便携气象仪采用了2.42英寸的OLED显示屏，镶嵌在手柄底座上方。主要显示时钟（年、月、日、时、分、秒）、空气温度、相对湿度、气压、风向、风速、分钟雨量、倾斜角度和电池电量等数据信息，显示刷新频率为1s。
3.6 手柄式底座和按键
手柄式底座用于安装组合气象传感器，手柄便于单手握持。底座上方镶嵌显示屏，内部安装采集单元线路板，显示屏下方依次排列两个按键，上数个按键为电源键，第二个按键为数据保持键。手柄内部装有电池盒，盒内安装锂电池组，外部套装防滑橡胶套。见图3。

图3 手柄式底座、显示屏和按键
3.7 便携三脚架
便携气象仪配备三脚架进行移动便携式架设，三脚架中间立柱设计为两节，便于收缩携带。三脚架收起后外形尺寸约Φ130mm×755mm，重量约≤2.9kg，三脚架结构示意图见图4。

图4 三脚架结构示意图
3.8 软件
系统软件由采集软件和观测软件组成。
（1）采集软件
采集软件运行于便携气象仪采集单元上，主要实现以下功能：
a）实现基本的数据采集、数据处理、数据显示、数据存储和数据传输功能；
b）实现自检、参数设置、历史数据下载和采集单元复位等功能。
（2）观测软件
观测软件通过RS-485与便携气象仪进行通讯。该软件能够实现数据的实时通信、存储、查询和实时显示等功能。
4 功能
便携气象仪具有以下主要功能：
（1）自检功能
便携气象仪具备自检功能，开机进行自检并自动进入工作状态，自检主要检测组合气象传感器的通讯状态、储存器状态和供电电压等。
（2）测量和显示功能
a）测量空气温度；
b）测量相对湿度；
c）测量大气压力；
d）测量风向和风速；
e）测量雨量；
f）可采集电子罗盘传感器的数据；
g）可实现数据的实时显示。主要显示内容包括空气温度、相对湿度、气压、风向、风速和雨量气象要素数据，同时显示实时时间（年、月、日、时、分、秒）和电池电量信息。
（3）通信功能
便携气象仪通过RS-485的传输方式实现与本地终端之间的数据传输。
便携气象仪还可以通过蓝牙实施远程无线数据传输。
（4）参数设置功能
便携气象仪具备参数设置功能，可通过终端操作命令对其进行参数配置。包括采集器复位、读取采集器时间、设置采集器时间、读取采集器的自动发送时间间隔、设置采集器的自动发送时间间隔等。
（5）数据存储功能
便携气象仪可以存储24h的每分钟气象要素值，存储内容主要包括数据观测时间（年、月、日、时、分）、瞬时风向、2min平均风向、10min平均风向、瞬时风速、2min平均风速、10min平均风速，空气温度、相对湿度、气压、分钟雨量、小时雨量和电池电压等，可通过终端操作命令进行读取。
（6）自动定北
便携气象仪配备电子罗盘传感器，可实现自动定北。
4.1 接口
电源接口与通信接口共用一个5芯连接器接插件，位于手柄底部。连接器接插件接口示意图见图5。

图5 连接器接插件接口示意图
4.1.1 电源适配器
电源适配器用于给电池充电，长3.5m，电源端插头为5芯，为孔型，见图 6。

图 6 电源适配器
4.1.2 数据通信线
数据通信线是便携气象仪与上位机进行数据传输的连接线，线长3.5m，通信端插头为5芯，为孔型，见图 7。

图 7 数据通信线
4.2 操作及使用
4.2.1 开关机
（1）按住电源键3s，待屏幕点亮，此时为开机状态；
（2）待开机10s左右，屏幕显示测量值；
（3）按住电源键3s，待屏幕关闭，此时为关机状态。
注意：
为确保获取准确的温湿度测量值，需要将便携气象仪放置在被测环境中一段时间，此时间和被测环境的空气流通速度有关，通常为十分钟。
4.2.2 使用方法
手握手柄处，向上举过头顶，便携气象仪屏幕正对目测方向，且逆风测量，测量示意图见图 8。

图 8 便携气象仪测量示意图
注意：
为确保获取准确的风速和风向测量值，使用时保持便携气象仪为水平状态，倾斜角度小于±5℃。
4.2.3 数据保持
便携气象仪具有“保持”功能，需要保持数据后进行数据读取时，可按保持键，屏幕运行状态由“运行”变为“保持”，即可读取数据。10秒钟后，“保持”自动恢复为“运行”状态。
4.2.4 电池组充电
便携气象仪内部含有可拆卸电池组，当电量过低时或自动关机时，需更换电池组或对电池组进行充电。
4.2.5 更换电池组
电池组在手柄内部，按以下步骤进行更换电池组：
（1）逆时针旋下端盖；
（2）将电池组拉出；
（3）将充满的电池组装入手柄中，然后顺时针旋紧端盖即可。
4.2.6 电池组充电
电池组充电有两种模式，分别为取出充电模式和不取出充电模式。
（1）电池组取出充电模式
将电池组取出后，将电源适配器插头插入电池组尾部的接座中，接通电源，即可对电池进行充电，电池组指示灯为红色，表示正在充电，指示灯由红色变为绿色表示充电完毕。
（2）电池组不取出充电模式
电池组装入手柄中，将电源适配器插头插入电池组尾部的插座中，接通电源，即可对电池进行充电。
注意：
当需要取出电池组时，务必在关机下进行；
拆装电池组时，注意电池组与手柄的安装位置和方向，禁止强行拆装；
电池组充电时，务必使用本设备配备的电源适配器，避免发生意外现象；
为确保获取准确的测量值，当便携气象仪显示电量过低时，需更换电池组或对电池组进行充电，待满电后测量；
不建议电池组充电过程中使用设备，电池组充电产生的热量将影响温湿度的测量精度；
当便携气象仪在长期不使用的情况下，请及时将电池组从手柄中取出，延长电池组使用寿命；
一般情况下，当电池组电量耗尽时，充电4小时即可充电完毕，不建议过长时间充电。
4.3 通信格式
便携气象仪对外数据接口为RS-485串行接口，默认通信协议为：
波特率9600bps，8位数据位，1位停止位，无校验，每秒通信一次，数据以ASCII格式传输。数据通信接口能够通过串口发送命令与设备交互，完成数据导出、设置等功能。
具体数据通信协议见附录。
5 维护、保养
定期对下述保养内容进行检查、保养，在可能发生影响便携气象仪性能的腐蚀或故障前，提前进行预防，对问题的早期迹象进行处理。
（1）当便携气象仪发生故障时，务必由人员进行维修，非人员禁止拆卸；
（2）保持便携气象仪清洁，避免等挥发性气体接触；
（3）便携气象仪外部的污垢可以用清水和清洁布清理；
（4）便携气象仪按检定周期定期复检，检定周期为一年。</a></a>