一种基于4G通讯的自动雪深观测站论文和设计-江景景

全文摘要

本实用新型提供了一种基于4G通讯的自动雪深观测站，包括固定在地面上的支撑杆和基于激光测距的雪深传感器，雪深传感器安装在倾斜结构上且连接于微控制器，微控制器还连接有通信模块和供电模块。特别地，本观测站还包括后台系统、图像传感器和倾斜安装结构，雪深传感器和图像传感器均连接于微控制器，图像传感器安装在支撑杆上，雪深传感器固定在倾斜安装结构上，用于检测雪深传感器到被测面的距离，微控制器通过通信模块连接于后台系统。本实用新型使用激光传感器进行雪深检测，具有更高的可靠性、准确性和抗干扰性；安装图像传感器用于采集现场环境图片，供工程人员更加直观地观测现场环境情况。

主设计要求

1.一种基于4G通讯的自动雪深观测站，包括固定在地面上的支撑杆(1)和基于激光测距的雪深传感器(11)，所述雪深传感器(11)安装在所述支撑杆(1)上且连接于微控制器(43)，所述微控制器(43)还连接有通信模块(44)和供电模块(42)，其特征在于，还包括后台系统(5)、图像传感器(12)和倾斜传感器(13)，所述倾斜传感器(13)和图像传感器(12)均连接于所述微控制器(43)，所述图像传感器(12)安装在所述支撑杆(1)上，所述倾斜传感器(13)固定在所述雪深传感器(11)上以用于检测雪深传感器(11)的倾斜程度，所述微控制器(43)通过所述通信模块(44)连接于所述后台系统(5)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述微控制器(43)包括多个RS485通讯接口和\/或RS232通讯接口，所述倾斜传感器(13)、图像传感器(12)和雪深传感器(11)均通过所述RS485通讯接口和\/或RS232通讯接口连接于所述微控制器(43)。

3.根据权利要求2所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述微控制器(43)包括开关量输入输出模块、RF通讯模块、电源管理模块(432)、充电管理模块(431)和调试接口。

4.根据权利要求3所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述通信模块(44)包括GPRS通信模块、光纤通信模块、WLAN通信模块和微波通信模块中的任意一种或多种的组合。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述供电模块(42)包括太阳能板(421)和连接于所述太阳能板(421)的磷酸铁锂蓄电池(422)。

6.根据权利要求5所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述支撑杆(1)内部具有第一轴向走线槽(14)，所述第一轴向走线槽(14)内穿设有分别连接于所述微控制器(43)、通信模块(44)、供电模块(42)、雪深传感器(11)、图像传感器(12)和倾斜传感器(13)的供电线(6)和信号线(7)。

7.根据权利要求6所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述支撑杆(1)一旁竖立有安装柱(4)，所述太阳能板(421)安装在所述安装柱(4)上，所述安装柱(4)上固定有电箱(41)，所述磷酸铁锂蓄电池(422)、微控制器(43)和通信模块(44)均放置在所述电箱(41)内，所述安装柱(4)内部具有第二轴向走线槽(45)，所述供电线(6)和信号线(7)沿所述第一轴向走线槽(14)和第二轴向走线槽(45)连接于微控制器(43)、通信模块(44)、供电模块(42)、雪深传感器(11)、图像传感器(12)和倾斜传感器(13)。

8.根据权利要求5所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述雪深传感器(11)包括前置控制器和连接于所述前置控制器的激光探头，所述前置控制器连接于所述微控制器(43)，所述激光探头包括激光发射器和激光接收器。

9.根据权利要求8所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述雪深传感器(11)的激光探头倾斜安装在所述支撑杆(1)上，且倾斜角角度为10～30度。

10.根据权利要求9所述的基于4G通讯的自动雪深观测站，其特征在于，所述雪深传感器(11)基于相位法测距原理检测雪深厚度。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于检测技术领域，尤其涉及一种基于4G通讯的自动雪深观测站。

背景技术

目前国内气象部门使用的雪深传感器所采用的测距原理有超声波测距。超声波测距由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。

超声波传感器由一个超声波激发电路、机械波发生器和一个超声波接收电路组成，实现电信号到超声波能量的转换，同时可以接收超声波在目标物上的反射回波，并转换成电信号。采用时差法可计算出探头到目标的距离，由于超声波受周围环境影响较大，所以必须通过温度补偿、数字滤波等技术提高测量准确性。另外，超声波探头安装须保持水平，测量波束角α；为22°～30°，距离盲区约为50cm。

综上，超声波雪深测量元件具有环境温湿度影响大、设备必须安装在被测面正上方等先天约束条件，使得超声波测量雪深设备测量误差大，测量精度不足。

为了解决上述技术问题，人们进行了长期的探索，例如中国专利公开了一种激光雪深度计及其测量系统[申请号：CN201820476578.8]，包括相互连接的激光距离测量传感器和中控模块，其中，激光距离测量传感器用于测量雪深度，获取测量数值，中控模块用于处理测量数值，并控制激光距离测量传感器。

上述方案采用激光测距代替超声波测距，具有比超声波测距更高的测试精度、测量速度和抗干扰能力。但是上述方案仍然存在缺陷，虽然激光测距相较于超声波测距具有更强的抗干扰能力，但是激光测距还是会受外界环境、以及本身设备故障影响等造成测量结果不准确的问题，上述方案只向后台提供测光测距结果数据，管理人员无法远程验证测量结果是否无误。此外，激光雪深度计被安装在野外环境，经常会遭受风吹雨淋，容易因为诸多外部环境发生歪斜的问题，而激光雪深度计发生歪斜就会对测量结果造成影响，上述方案无法获取激光雪深度计是否有歪斜现象，所以在激光雪深度计因为歪斜检测到错误的数据后后台也无法知道。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种具有高检测可靠性的基于4G通讯的自动雪深观测站。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种基于4G通讯的自动雪深观测站，包括固定在地面上的支撑杆和基于激光测距的雪深传感器，所述雪深传感器安装在所述支撑杆上且连接于微控制器，所述微控制器还连接有通信模块和供电模块，其特征在于，还包括后台系统、图像传感器和倾斜安装结构，所述雪深传感器和图像传感器均连接于所述微控制器，所述图像传感器安装在所述支撑杆上，所述雪深传感器固定在所述倾斜安装结构上以用于检测雪深传感器到被测面的距离，所述微控制器通过所述通信模块连接于所述后台系统。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述微控制器包括多个RS485通讯接口和\/或RS232通讯接口，所述倾斜传感器、图像传感器和雪深传感器均通过所述RS485通讯接口和\/或RS232通讯接口连接于所述微控制器。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述微控制器包括开关量输入输出模块、RF通讯模块、电源管理模块、充电管理模块和调试接口。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述通信模块包括GPRS通信模块、光纤通信模块、WLAN通信模块和微波通信模块中的任意一种或多种的组合。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述供电模块包括太阳能板和连接于所述太阳能板的磷酸铁锂蓄电池。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述支撑杆内部具有第一轴向走线槽，所述第一轴向走线槽内穿设有分别连接于所述微控制器、通信模块、供电模块、雪深传感器、图像传感器和倾斜传感器的供电线和信号线。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述支撑杆一旁竖立有安装柱，所述太阳能板安装在所述安装柱上，所述安装柱上固定有电箱，所述磷酸铁锂蓄电池、微控制器和通信模块均放置在所述电箱内，所述安装柱内部具有第二轴向走线槽，所述供电线和信号线沿所述第一轴向走线槽和第二轴向走线槽连接于微控制器、通信模块、供电模块、雪深传感器、图像传感器和倾斜传感器。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述雪深传感器包括前置控制器和连接于所述前置控制器的激光探头，所述前置控制器连接于所述微控制器，所述激光探头包括激光发射器和激光接收器。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述雪深传感器的激光探头倾斜安装在所述支撑杆上，且倾斜角角度为10～30度。

在上述的基于4G通讯的自动雪深观测站中，所述雪深传感器基于相位法测距原理检测雪深厚度。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、使用激光传感器进行雪深检测，具有更高的可靠性、准确性和抗干扰性；

2、同时安装图像传感器用于采集现场环境图片，供工程人员结合现场图片大致判断雪深度传感器的检测结果是否可靠，同时更加直观地观测现场环境情况；在雪深传感器因为外部因素发生歪斜的时候，后台管理人员能够及时得知歪斜情况，从而及时检修雪深度传感器以避免长期接收错误数据。

3、使用倾斜安装结构，并对倾斜角度进行计算，修正雪深传感器的数值，可以避免雪深数值因被测面上方被遮挡而失真的不良结果。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型各设备的连接示意图；

图3是本实用新型供电模块的工作原理示意图；

图4是本实用新型雪观测站的结构示意图。

图中，支撑杆1；雪深传感器11；图像传感器12；倾斜传感器13；第一轴向走线槽14；安装柱4；电箱41；供电模块42；太阳能板421；磷酸铁锂蓄电池422；超级电容423；升压模块424；微控制器43；充电管理模块431；电源管理模块432；通信模块44；第二轴向走线槽45；后台系统5；供电线6；信号线7；负载8；地面2；积雪3。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开了一种基于4G通讯的自动雪深观测站，包括固定在地面上的支撑杆1、后台系统5、图像传感器12、倾斜传感器13和雪深传感器11。雪深传感器11安装在支撑杆1上且连接于微控制器43，微控制器43还连接有通信模块44和供电模块42。倾斜传感器13和图像传感器12均连接于微控制器43，图像传感器12安装在支撑杆1上，倾斜传感器13固定在雪深传感器11上以用于检测雪深传感器11的倾斜程度，微控制器43通过通信模块44连接于后台系统5，以将检测到的数据发送给后台系统5，同时接收后台系统发送过来的控制命令等数据。

本实施例使用的基于激光测距的雪深传感器11是一种用于雪深测量的小型激光传感器，它可在几秒钟内以毫米级的精度精确测得雪深，最深可达15米。激光距离测量技术与超声测雪深的方法不同，它不受温度变化的影响，当测量过程中遇到降水和动物的影响时，可通过测量时间的延伸和过滤短周期回波予以消除，除此之外，激光传感器还可对回波信号强度的评估以区别积雪和草地。所以使用基于激光测距的雪深传感器11具有比基于超声波测距的雪深传感器11更强的抗干扰能力。

具体地，雪深传感器11包括前置控制器和连接于前置控制器的激光探头，前置控制器连接于微控制器43，激光探头包括激光发射器和激光接收器。本实施例采用相位法测距原理检测雪深厚度，用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，具有更高的检测精度和抗干扰能力。

进一步地，雪深传感器11的激光探头倾斜安装在支撑杆1上，激光束停留在待测地面上，且激光探头的倾斜角角度为10～30度，距离盲区为10cm，对雪深检测不会造成影响。

具体地，图像传感器12可以使用网络枪机，例如可以采用海康威视型号为1\/3\

设计图

一种基于4G通讯的自动雪深观测站论文和设计

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