（河池市气象局 广西 河池 547000）
摘要：根据气象现代化发展要求，部分县级台站向华云升达公司采购一批型号为CAWS600四要素区域自动站，采集器型号为QML201-C、通讯模块型号为TG04。与以往区域自动站相比，通讯模块由宏电模块更换为通讯服务器TG04，采集器内核版本也从GXM4_T1.adc更新为BJC_TG04.adc。该类型站点目前需要通过串口调试工具设置通讯参数，部分县级台站在设备安装和调试过程中遇到许多问题。笔者详细介绍新建四要素自动站工作原理，并就安装和调试过程中可能遇到的问题作进一步探讨。
关键词：四要素 区域自动站 安装 调试 CAWS600 TG04
1工作原理
CAWS600型系列自动气象站分为四大部分：采集系统，传感器系统，通讯系统和供电系统。本文介绍CAWS600自动气象站观测的气象要素有四个要素：风向、风速、温度、雨量。工作原理为：首先传感器将观测的要素转化为模拟或数字信号，采集器负责将接入传感器信号收集处理为观测要素数据，按照规范编码然后存储，通讯模块每间隔一定时间将采集器数据读取出来，通过GPRS网络传输到分中心站，分中心站收、解码然后入库，即可形成数据库供用户调用。
四线制电阻接线示意图（图2）
2.2雨量传感器
技术指标：承水口径：?200mm；环境温度：0~+60℃；分辨率：0.1mm；测量范围：0-4mm/min；
允许误差：±4%。
工作原理：雨水由承水口汇集进入上翻斗，使降水强度近似大降水强度，然后进入计量翻斗计量，雨水由计量翻斗倒入计数翻斗，计数翻斗翻转一次，则干簧管开关闭合一次，输出一个脉冲信号，计为一个0.1mm降水量。
2.3风速传感器
测量范围：0~60m/s；分辨率：0.05m/s；启动风速：<=0.3m/s；精度：±0.3m/s；抗风强度：75m/s；工作电源：12V；传感器输出0~1221Hz方波。
工作原理：风速传感器感应元件为三杯式旋转架，信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力作用下，风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上36个磁体形成18个小磁场，风杯每旋转一圈，在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号，其频率随风速而线性增加。V=2.96+0.491F-0.0000017F2，风杯静止时，输出信号为0V，风杯转动时，输出为6V.
2.4风向传感器
测量范围：0~360°；工作电源：12V；精度：±5°；输出：电压0~2.5V DC。
工作原理：风向传感器感应元件为风向标组件，角度变换电路为电位器变换方式。电位器总阻值5KΩ。电位器轴与主轴连接在一起，当风向标组件转动时，电位器输出电阻被转换为连续变化电压（0-2.5V）,且随风向角度增加而线性增大，也就是0-2.5V电压对应0-360°。
风向与输出信号电压值对应如下：F=(V/2.5)*360=144*V
3安装注意事项
风向传感器指北标志要正对北方；太阳能板安装时应朝向南方；温度传感器安装高度距离地面1.2米左右；严格按照防雷要求在观测场安装防雷装置，接地电阻要求＜4Ω；雨量筒要安装在预先做好水泥基座上，以防止雨量筒被淹，雨量筒安装时要调整好水平；蓄电池安装时要先装正极，然后再装负极；拆卸电池时要先拆负极，然后再拆正极；传感器接入防雷板时要拨开刀片开关，断电操作；做好传感器信号线屏蔽线接地。
4调试步骤
设备完成安装后，请按照以下步骤进行调试（注意：调试前，请务必请先检查确认SIM卡是否正常上网，即将SIM卡放入手机上网操作即可）。调试成功后，四要素自动站数据方可上传至区域站中心站。
①关闭采集器电源（直接拨开橙色刀片开关即可），用USB转串口通信线与串口调试线连接，通讯线接电脑USB口（建议接USB2.0口），串口调试线冷扎头（三线口）接到通讯模块TG04调试端口。
②打开采集器电源，运行串口通讯软件，选择串口号，单击“打开串口”按钮，按钮前面灯由黑变红时，说明串口已打开。设置波特率：9600，数据位：8，停止位：1。
③通过串口通讯软件给通信服务器发送命令：GETDEBUG0！
此时通过串口调试软件数据接收窗口，应该看到一串字符，如： 20110101034949ST0730SF00001901000000TE10000000001000000000TR000000000000RS20031212160000000030！说明连接成功。如果没有信息返回，检查端口号是否选对，或是否已打开串口。
④写入区局区域站中心站服务器IP地址和端口号，通过串口通讯软件给通信服务器发命令：SETCOMM00 中心站服务器IP 端口号 gxqxj.gxT!
数据接收窗口返回信息：SETCOMM00OK!，说明设置成功。
⑤设置区站号。通过串口通讯软件给通信服务器发送命令:
SETSTATIC 区站号 cd99N!
数据接收窗口返回信息：SETSTATICOK!说明区站号设置成功。
⑥设置连接模式。通过串口通讯软件给通信服务器发送命令：
SETCONNECTMODE8！
数据接收窗口返回信息：CONNECTMODE IS 8！，说明连接模式设置成功。
至此所有设置已完成。可通过安装华云尚通本地维护管理软件检查参数设置是否正常，与分中心站能否正常发送接收心跳包数据，确认是否已连接上分中心站。
5可能遇到问题及解决办法
5.1安装完成后站点不上线
首先检查检查通讯模块状态灯是否有规律地闪烁，天线与通讯模块连接是否稳固，通讯模块电源供电是否正常，正常供电电压应＞12V；其次将SIM放入手机中，检查SIM是否能够通过GPRS网络正常上网；通过串口调试工具给通讯模块依次发送命令：GETCOMM00!，GETSTATIC!，GETCONNECTMODE！，检查通讯模块参数设置是否正常。若以上参数不正常，则需重新配置通讯模块参数，再重启通讯模块，若仍不上线，则可判断为通讯模块故障，需更换通讯模块。
5.2站点上线但无数据回传分中心
站点上线说明通讯模块运行正常，但无数据回传，说明采集器可能有问题。检查采集器供电，若供电正常，检查采集器状态灯闪烁频率。采集器指示灯为红灯，应为每3秒钟闪烁一次。若采集器指示灯闪烁不正常，说明采集器故障。通过串口调试助手直接给采集器发送指令UB，检查采集器是否采集分钟数据，检查采集器串口1脚与3脚间电压是否有9V左右输出可作进一步确认。在确认采集器异常后，可通过重新写入采集器程序，程序版本为BJC_TG04.adc，若仍无数据，请更换采集器。
5.3观测要素缺测
首先检查缺测要素传感器的供电是否正常，通讯线缆是否连接正确及传感器是否正常。传感器具体检查方法如下：
5.3.1风向传感器
将风向传感器接入防雷板，给采集器供电，测量红色供电线与蓝色地线间供电电压应大于12V，黄色信号线与蓝色地线间电压应为0-2.5V，其中风向0°时为0V，风向90°时为0.625V，风向180°时为1.25V，风向270°时为1.85V，风向360°时为2.5V。5.3.2风速传感器：将风速传感器接入防雷板，给采集器供电，测量红色供电线与蓝色地线间供电电压应大于12V，黄色信号线与蓝色地线间电压应为0V(风杯静止时)或6V（风杯转动时）。
5.3.2温度传感器
直接断开温度传感器与防雷板接线，测量任意两根信号线间的电阻值记为R1，并测量其中一根信号线与两外两根信号线中任意一根电阻值记为R2，通过公式：T＝（|R2-R1|－100）/0.385可以计算出当前温度值，与实际温度值比较，即可判断温度传感器是否正常。
5.3.3雨量传感器
用万用表通断档，将表笔插入雨量传感器红、黑接线柱内，手动翻动翻斗，听见滴声则表示干簧管是好的，反之干簧管需更换。若传感器供电正常，接线正确，传感器参数不正常，直接更换传感器。若传感器供电、接线和参数均正常，则检查防雷板通道是否导通，缺测要素传感器直接跳过防雷板直接接入采集器看数据是否正常。若更换新传感器直接接入采集器依旧无数据，考虑采集器通道故障，需更换采集器。
5.4采集器时钟不准
将采集器用串口线连接电脑，通过串口调试助手给采集器发送命令：GETTIME!，获取系统时间。发送命令：SETTIME+设置时间（年月日时分秒）!，修改系统时间。
6结语
根据气象现代化需要，各地方政府大力支持气象自动站建设，为地方经济发展作出应有贡献。新建四要素自动气象站通讯模块变更为TG04和采集器QML201-C核心软件版本变更为BJC_TG04.adc后，目前需通过串口调试助手设置相关参数，给基层台站人员初期安装和后期维护带来一定困难，通过本文介绍新建四要素的安装和调试经验，为台站人员提供可借鉴参考，减轻基层工作压力。
参考文献：
[1]徐明芳、殷明杰、韦信高等.自动气象站维护与维修手册[M].广西区气象装备中心编著，2015.
[2]韦健，梁继晗，罗天鹏等.HYA-M多要素区域自动气象站故障判断与维修[J].气象研究与应，2016，37
[3]CAWS600系列自动气象站故障分析及排除方法[J] .气象水文海洋仪器，2014，31.
第一作者简介：李有为（1988-），男，汉，广西宾阳县人，本科学历，助理工程师，从事装备保障及网络信息管理工作。
论文作者:李有为,罗天鹏,韦健
论文发表刊物:《科技研究》2018年8期
论文发表时间:2018/10/23
标签：传感器论文; 采集器论文; 串口论文; 通讯论文; 模块论文; 风向论文; 翻斗论文; 《科技研究》2018年8期论文;