武亮宇 劉翠 孔德胤 王剛 拓硯軍 王文鑫

摘 要：介紹了DZN1型農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了巴彥淖爾市三個(gè)旗縣DZN1型農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，提出了維護(hù)和維修的方法。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田小氣候 觀測(cè)儀 巴彥淖爾市 維護(hù) 維修

中圖分類號(hào)：S163 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

引言

農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀能夠?qū)κ卟舜笈锛霸O(shè)施農(nóng)業(yè)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括多層次的土壤濕度、空氣溫度、相對(duì)濕度、光和有效輻射及二氧化碳等參數(shù)。同時(shí)一般的農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀還可根據(jù)用戶不同需求來擴(kuò)展觀測(cè)要素。通過中心站軟件可以將位于不同地點(diǎn)的農(nóng)田小氣候自動(dòng)站通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和農(nóng)業(yè)設(shè)施小環(huán)境氣象數(shù)據(jù)的匯總，便于資料的分析、處理、發(fā)布，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1.DZN1型農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1結(jié)構(gòu)

DZN1型農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀由T1300通用型采集器、CO2濃度傳感器、VAISALA溫濕度傳感器、光合有效輻射傳感器、總輻射傳感器、4線制溫度傳感器（包含空氣溫度中間傳感器、地溫上層傳感器、地溫中層傳感器、地溫下層傳感器）。

（1）T1300通用型采集器：數(shù)據(jù)采集板的兩種選擇模塊：1.數(shù)字量采集板：可以測(cè)量8個(gè)數(shù)字量，任何一個(gè)數(shù)字量都可以是頻率、開關(guān)量，也可以配置成數(shù)字輸出。2.模擬量采集板：每個(gè)模擬量測(cè)量板包含六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通用型模擬量測(cè)量單元，可以實(shí)現(xiàn)電壓、電阻、電流等模擬信號(hào)的采集，最多可采集24個(gè)要素。

（2） CO2濃度傳感器：二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)是由紅外光源、測(cè)量氣室、 可調(diào)干涉濾光鏡、光探測(cè)器、光調(diào)制電路、放大系統(tǒng)等組成。在氣室中，二氧化碳吸收光源發(fā)出特定波長的光，經(jīng)探測(cè)器檢測(cè)則可顯示出二氧化碳對(duì)紅外線的吸收情況。干涉濾光鏡是可調(diào)的，調(diào)節(jié)他可改變其通過的光波波段，從而改變探測(cè)器探測(cè)到信號(hào)的強(qiáng)弱。紅外探測(cè)器為薄膜電容，吸收了紅外能量后，氣體溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變。CO2氣體的濃度愈大，電容值改變也就愈大。

（3） VAISALA溫濕度傳感器：鉑電阻溫度傳感器和濕敏電容濕度傳感器一體組成。鉑電電阻具有阻值隨溫度改變的特性，采用了四線制恒流源供電方式及線性化電路，將電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓值的變化對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)濕原件是HUMICIP180高分子薄膜型濕敏電容，濕敏電容具有感濕特性的電介質(zhì)，其介電常數(shù)隨相對(duì)濕度的變化而變化，從而完成濕度的測(cè)量。

（4） 光合有效輻射傳感器：光合有效輻射傳感器主要用于測(cè)量陸地環(huán)境中400-700nm波長范圍內(nèi)太陽光的光合有效輻射，通過一個(gè)400-700nm的光學(xué)濾光器，來測(cè)量波長在400-700nm范圍內(nèi)的光合有效輻射。

（5） 總輻射傳感器：感應(yīng)核心由高精度熱電堆元件組成，感應(yīng)元件外鍍高穩(wěn)定性、高吸收率的無機(jī)碳膜。主要用來測(cè)量波長范圍為0.3～3微米的太陽總輻射。（6）4線制pt100溫度傳感器：由兩組4支用來測(cè)量溫差的傳感器組成，輸出信號(hào)與溫差之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系，pt100溫度傳感器其輸出信號(hào)與溫度傳感器的電阻值（或電壓值）之間呈線性函數(shù)關(guān)系。

1.2工作原理

DZN1型農(nóng)田小氣候自動(dòng)站觀測(cè)要素為9項(xiàng)：空氣溫度、CO2濃度上層、光合有效輻射上層、總輻射上層、地溫上層、地溫中層、地溫下層、空氣溫度中間上、空氣濕度中間。農(nóng)田小氣候的核心是T1300通用型采集器，T1300將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)，最后通過GPRS方式將處理完的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站。

2. DZN1農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀的維護(hù)和維修

2.1 日常維護(hù)

（1） 溫度傳感器：接入采集器CH1——CH4口?？捎秒姳淼亩O管檔（即通斷檔）測(cè)量兩個(gè)相同顏色電線之前是通的，不同顏色的電線之間的有110Ω左右的電阻值，110Ω對(duì)應(yīng)0℃，每變化1℃，電阻值變化0.385Ω。

（2）溫濕傳感器：接入采集器為CH5和CH6口。傳感器為8芯線，接入7個(gè)孔內(nèi)。線色為：藍(lán)、綠、黃、棕、白、紅、（灰、黑），其中灰色和黑色線接入一孔。藍(lán)綠黃棕4根電線原理同溫度傳感器原理：白色的線為濕度輸出信號(hào)線，紅色為電源正極，灰色為模擬地，黑色為電源地。濕度在0%～100%的范圍內(nèi)，白、（黑或灰）兩極應(yīng)該輸出電壓為0～1V。例如：電壓為0.68，則濕度的值則為68%。

（3）二氧化碳傳感器：接入采集器CH3口，為三芯線，黃為信號(hào)輸出線，紅、黑為電源線。二氧化碳傳感器的工作電壓是24V，通過綠色的電壓轉(zhuǎn)換模塊輸送過來的24V。如果二氧化線沒有讀數(shù)，先檢查電壓是否為24V，如果沒有電壓，則說明綠色的電源轉(zhuǎn)換模塊壞了，需要更換。

（4）PV保護(hù)器：如果采集器不上電，可以查看電源機(jī)箱里的PV保護(hù)器，info與battery燈顯示綠色為正常，如果不為綠色，則查看電池電壓是否能夠達(dá)到12.8V左右，或者太陽能板供電是否良好，如果有室電接入則查看室電是否接入良好，如果供電都良好，可以重新啟動(dòng)PV保護(hù)器先擰出PV保護(hù)模塊的太陽能電源線，再擰出電池電源線，然后再先接入電池電源線，最后接入太陽能電源線。順序務(wù)必不能弄反，否則會(huì)燒壞PV保護(hù)器。1.info燈，綠色為正常，紅色閃爍，充電電流過高、過載、過溫；和蓄電池紅色LED燈一起，說明蓄電池電壓過低；和蓄電池綠色LED一起，說明蓄電池電壓過高。2.蓄電池紅色指示燈Battery red LED 閃爍，說明電池電壓過低。3蓄電池黃色指示燈Battery yellow LED閃爍，說明電池電壓不足。4.蓄電池綠色指示燈 Battery green LED 閃爍，說明電池電壓正常。如果供電機(jī)箱電池電壓正常，或者PV保護(hù)器的顯示狀態(tài)燈為綠色，并且農(nóng)田采集器機(jī)箱的上電端口也為12V左右電壓，但是采集器和通訊模塊沒有電，那么就撥開采集器機(jī)箱內(nèi)黃色刀閘，然后用一字大改錐把保險(xiǎn)管擰出來，更換保險(xiǎn)管。

（5）通訊模塊說明：電源指示燈點(diǎn)亮?xí)r，表明設(shè)備電源供電正常，設(shè)備能夠正常工作。網(wǎng)絡(luò)信號(hào)指示燈用于指示系統(tǒng)使用的無線GSM網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，通過它可以判斷通信服務(wù)器的通信模塊部分的網(wǎng)絡(luò)登錄與數(shù)據(jù)通信情況是否正常：狀態(tài)1：每三秒鐘閃爍一次，代表設(shè)備能夠正常接收到無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，設(shè)備已正常登錄無線網(wǎng)絡(luò)。狀態(tài)2：每一秒鐘閃爍一次，表明設(shè)備無線模塊正在搜尋無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，試圖登錄網(wǎng)絡(luò)。該狀態(tài)持續(xù)最多不應(yīng)該超過30秒，如果出現(xiàn)長時(shí)間在此狀態(tài)下的情況，可能有如下幾方面原因：A.電信部門無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)故障。B.該設(shè)備中的外接天線連接不好、SIM卡接觸不好。C.SIM卡自身已經(jīng)損壞，不能正常工作D.無線通信模塊硬件故障。解決辦法：1.檢查自動(dòng)站供電情況。2.檢查外接天線接口處是否連接可靠，并檢查天線方向。3.SIM卡資費(fèi)情況，檢查SIM卡是否插入穩(wěn)妥 。

2.2維修實(shí)例

常規(guī)維護(hù)已經(jīng)論述過，以下實(shí)例敘述的都是比較特殊的實(shí)例。

（1） 臨河區(qū)農(nóng)田小氣候站所有數(shù)據(jù)缺失，缺失48個(gè)小時(shí)，臨河區(qū)氣象局技術(shù)保障人員前去檢查沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。到現(xiàn)場(chǎng)后，檢查通訊，供電，采集器等均沒有發(fā)現(xiàn)故障，最后檢查供電發(fā)現(xiàn)PV保護(hù)器損壞，有可能是當(dāng)?shù)厍皫滋斓睦子晏鞖獗焕讚魮p壞，導(dǎo)致供電不正常。更換PV保護(hù)器和保險(xiǎn)管后，農(nóng)田小氣候站恢復(fù)正常狀態(tài)。（2）杭錦后旗綠園農(nóng)業(yè)種植基地農(nóng)田小氣候站通訊異常，狀態(tài)不在線。現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)采集器等部件以及供電和通訊系統(tǒng)都正常。但是，發(fā)現(xiàn)CO2傳感器損壞，導(dǎo)致采集器供電嚴(yán)重不足，無法正常采集數(shù)據(jù)設(shè)置通訊模塊也無法正常運(yùn)行。更換CO2傳感器同防雷板的連接后，農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 王柏林，朱成欣，陽艷紅.農(nóng)田小氣候自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)（J）.氣象水文海洋儀器，2013，30（4）

[2] 黃元?jiǎng)?農(nóng)田小氣候自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)（J）.浙江氣象科技，1997，18（1）