田间小气候信息采集系统
出处：按学科分类—农业科学 中国农业出版社《农作物有害生物测报技术手册》第611页（8011字）
1 设计原理
田间小气候信息采集系统采用先进的微型控制器技术，性能可靠，使用方便，储存数据容量大，以小时为单位采集数据，可连续记录一年的气候数据，与PC机连接通信，可把数据传送到PC机上，结合专用软件，可以查看每天的气候情况，计有：空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、风速、风向、光照度、降水量、蒸发量等。
2 整体外观结构
田间小气候采集系统整体外观结构 见图10－19。
图10－19 田间小气候信息采集系统整体外观结构
3 基本结构和主要部件
3．1 基本结构
3．1．1 气象因子传感器 田间小气候信息采集系统气象因子传感器 见图10－20，图10－21。
图10－20
图10－21
3．1．2 田间小气候信息采集系统主机 见图10－22。
图10－22 系统主机
3．1．3 田间小气候信息采集系统计算机管理软件界面 见图10－23。
图10－23 计算机管理软件界面
3．1．4 田间小气候信息采集系统液晶显示设备 见图10－24。
图10－24 液晶显示设备
3．2 温湿度传感器
3．2．1 温湿度传感器原理框架 见图10－25。
图10－25 温湿度传感器原理框架
TS：温敏器件 RS：湿敏器件 Vcc：电源
IT：温度电流信号 IRH：湿度电流信号
3．2．2 光照度传感器原理框架 见图10－26。
图10－26 光照度传感器原理框架
光照度传感器随强度的不同输出对应的电信号。
3．2．3 风速、风向传感器
3．2．3．1 风速传感器的感应元件为三杯式风杯旋转架。在水平风力驱动下风杯架旋转，通过主轴带动光栅旋转，在光电开关中感应出脉冲信号，其频率随风速的增加而线性增加。
3．2．3．2 风向传感器的感应元件为前端装有辅助风标板的单板式风向标。角度变换采用的是八位光电开关码盘。当风向标随风旋转时，通过主轴带动光栅旋转，每转动45°，位于码盘上八位光电开关的一组元件就会产生一组新的方向通道输出。
图10－27 风速、风向传感框架
3．2．4 蒸发量、降水量传感器 蒸发量、降水量传感器是根据蒸发量、降水量传感器盛水皿在1h内水增加或减少重量的变化，经传感器感应出相应电量变化信号，再经过电路调整、放大处理，输出。
3．2．5 采集系统原理框图 见图10－28。
图10－28 采集系统原理框架
电源：由交流220V直接供电。
A／D转换：温度、湿度、光照度传感器输出电流信号，经模拟开关选择通道，再由运算放大器将信号放大输入微型控制器进行A／D转换。
频率计数：八个方向的风速频率信号分别被微型控制器定时计数，比较后获得最大速率及其方位。
液晶显示：显示系统状态及结果数据。
按键：系统操作功能键。
串行通信：与计算机连接，将采集数据传送至计算机进行处理，或接收计算机指令。
数据存储：将采集的数据保存在本机中。
微型控制器：系统核心，控制整个仪器工作。
4 工作原理
田间小气候信息采集系统采用先进的气象因子传感器，将气候的变化转换成相应的电信号，然后送入主机，经微型控制器处理后，显示相应数据并储存。
5 安装与使用操作规程
5．1 观测场的建设要求
5．1．1 环境条件 观测场是取得地面气象资料的主要场所，地点应设在能较好地反映本地较大范围气象要素特点的地方，避免受局部地形的影响。
在城市或工矿区，观测场应选择在城市或工矿区最多风向的上风方向。观测场边缘与四周孤立障碍物的距离，至少是该障碍物高度的3倍以上；距离成排的障碍物，至少是该障碍物高度的10倍以上；距离较大水体(水库、湖泊、河海)的最高水位线，水平距离至少在100m以上。观测场四周10m范围内不能种植高秆作物，以保证气流畅通。
5．1．2 观测场的要求 观测场大小为25m×25m；如确因条件限制，可为16m(东西向)×20m(南北向)(高山、海岛站不受此限制)。
为保护场地的自然状态，场内要铺设0．3～0．5m宽的小路，只准在小路上行走。
为保护场内仪器设备，观测场四周应设高度约1．5m的稀疏围栏，需能保持气流畅通。
5．2 安装
安装请参看示意图(图10－29)。
图10－29 安装位置示意图
5．2．1 百叶箱安装 在安装地点建好一个水泥基座(规格如图10－29、图10－30)，装好百叶箱支架，然后再将百叶箱固定于上，百叶箱门向北。
图10－30 基座示意图
220V电源经地埋引入百叶箱。
5．2．2 空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器安装 在百叶箱内横撑中部安装空气温湿度传感器感测空气温度、空气湿度。
距百叶箱3m处挖一0．4m深坑，将土壤温度传感器和土壤湿度传感器埋入，然后将信号线地埋引入小气候采集系统。
5．2．3 光照度安装 将光照度传感器固定在百叶箱顶部南侧，向南偏上45°。
5．2．4 风速、风向传感器安装 在距百叶箱7m处选一合适位置，将风速风向传感器与支杆和信号线连接好，信号线从支杆内导出。距支杆底部4m，互为120°埋3个地锚，与支杆固定环拉紧，确保支杆垂直稳固，指北标正确指北。
5．2．5 蒸发量传感器、降水量传感器安装 在距百叶箱3m处合适位置建水泥基座，将蒸发量传感器、降水量传感器固定后，把信号线地埋引入小气候采集系统。
5．2．6 将各信号线在主机接线端子上正确连接，电源线接在集电箱内。
5．3 小气候采集系统主机使用
5．3．1 操作步骤
5．3．1．1 接各信号插头。
5．3．1．2 将电源插头插入VC220V电源插座上，系统进入工作状态。
5．3．2 按键说明
5．3．2．1 采样 小气候采集系统主机自动整点采集并保存数据，整点时屏幕显示“采样……”，约1min显示各项采样数据，并存储。
需要现场即时采样时，按“采样”键，屏幕显示“采样……”，约1min显示即时各项数据。
5．3．2．2 时间调整 首先按一下“时间调整”键，屏幕显示“* *年”再按“－”或“+”键调整，调整好后，按“时间调整”键，屏幕显示“* *月”，按照以上方法调整“月”，“日”，“时”，“分”，“秒”。“秒”调整完后再按“时间调整”键，屏幕显示当前时间，时间调整完毕。
5．3．2．3 查询历史数据 首先按“查看／设置”键，屏幕显示“* *月”；然后按“－”，“+”调整为所需时间。
再按“查看／设置”键调整“日”，“时”调整完毕，屏幕依次显示“空气温度”、“空气湿度”、“土壤温度”、“土壤湿度”、“光照度”、“蒸发量”、“降水量”、“风向”、“风速”数据。
5．3．2．4 断开连接 与电脑通讯后断开连接。
5．3．2．5 打印时间设置 先按“打印设置”键，屏幕显示“00×”；“00”表示0点整，“×”表示不打印，“
”表示打印。按“查看／设置”键，设定打印或不打印。然后按“－”，“+”修改其他时间是否打印。设置完毕按“打印设置”键，保存并退出。
5．3．2．6 手动打印本机可打印历史数据和当前数据打印历史数据：首先查询所需时间数据，屏幕显示后按“手动打印”键，屏幕显示“打印……”，打印出即为所需时间数据。
打印当前数据：首先采样，屏幕显示后按“手动打印”键，屏幕显示“打印……”，打印出即为当前数据。
5．4 计算机管理软件安装及使用
5．4．1 安装计算机数据管理软件 运行环境：本软件支持Windows98以上操作系统。
安装：将光盘放入光驱，安装程序将自动运行；如果光盘不能自动运行，双击光盘，双击Setup．exe文件即开始安装。安装后，会自动建立桌面快捷方式。
5．4．2 启动计算机数据管理软件 从桌面上找到“佳多小气候采集系统”，双击即可启动运行。
5．4．3 卸载计算数据管理软件 从程序组中找到佳多(佳多小气候采集系统)，点击“卸载佳多小气候采集系统”即可。
也可以从系统的控制面板中点击“添加／删除程序”，进入后找到“佳多小气候采集系统”，双击即可卸载掉该软件。
5．4．4 小气候采集系统主机与计算机的连接 先将数据传输线的一端(9芯插头)与计算机串口接上，然后数据传输线的另一端(水晶插头)与佳多小气候采集系统主机通讯口相连，便可通讯。
5．5 计算机管理软件操作流程
文件：连接、断开连接、打开、保存、打印退出。
查看：数据查看／导出。
操作：导入批量数据、导入单点数据、导出、时间调整、清除采集器数据。
帮助：使用说明、关于……
5．5．1 文件 通过“文件”主菜单，我们可以打开保存过的数据文件和保存显示的数据文件。
5．5．1．1 连接 与采集设备连接。点击“连接”，屏幕右下角出现提示：“正在连接采集设备，请稍后……”软件启动时将进行自动连接。
连接结果在左下角状态栏中显示：
“已经连接采集设备连接!”：该状态下菜单项“连接”无效。
“无法连接采集设备!”：该状态下菜单项“断开连接”无效，请重新点击“连接”。
5．5．1．2 断开连接 结束与采集设备通讯。
5．5．1．3 打开 在本软件中打开保存过的数据文件，文件格式：*．dat。
选择“打开”以后，出现“打开数据文件”对话框，您可以选择想打开的数据文件，单击“确定”即可。
5．5．1．4 保存 保存软件中正在查看的数据表格，该操作在查看操作正确完成后方可执行，文件保存格式：*．dat。
选择“保存”以后，出现“保存数据文件”对话框，选择相应的文件存储目录，单击“确定”即可。
5．5．1．5 打印 打印软件中正在查看的数据表格，该操作在查看操作正确完成后方可执行。
选择“打印”以后，出现“打印”对话框，若打印机信息有误，点击“属性”进行修改，选择打印“份数”，单击“确定”即可。
注意：在该版本软件中，指定A4打印纸为唯一可选用的打印纸。
5．5．1．6 退出 退出本软件。
选择“退出”以后，弹出对话框，确认是否退出。
5．5．2 查看 数据查看／导出。该主菜单无子项。
点击“查看”，则跳出“参数选择界面”。在该界面下，选择导出的起始与截止时间，选择所要查看的时数(可多选或全选)，选择所要查看的数据项，在右侧的列表框中选择平均值计算周期，最后点击“确定”进入数据列表界面。
5．5．3 操作
5．5．3．1 导入批量数据 在该界面下，选择导出的起始与截止时间，选择所要查看的时数(可多选或全选)，选择所要查看的数据项，在右侧的列表框中选择平均值计算周期，最后点击“确定”进入数据列表界面。
5．5．3．2 导入单点数据 在该界面下，选择导出时间，最后点击“确定”进入数据列表界面。
5．5．3．3 导出 将数据表格所示数据导出到Excel文件中进行再编辑，每次导出都将新建一个Excel文档。在“查看”操作完成后有效。
5．5．3．4 时间调整 将小气候主机与计算机时间同步。
5．5．3．5 清除 将采集器数据清空。
5．5．4 帮助 “帮助”主菜单包括本软件的使用说明及版本号的相关信息。
5．5．4．1 使用说明 点击该下拉菜单，可查看本计算机数据管理软件的详细使用说明。
5．5．4．2 关于…… 该选项显示了软件的版本信息。
6 型号及功能说明
7 常见故障和维修
8 维护及注意事项
8．1 安装地点避开雷区。
8．2 确保使用电源为220V±5%。
8．3 做好防护措施，防止人为破坏。
8．4 仪器应用固定螺栓固紧，以保证使用安全。
8．5 安装时各接地装置应接地良好。
8．6 连接传感器插头时注意插头芯避免插错。
8．7 从主机向计算机导入数据后，注意断开连接，以保证主机正常工作。
8．8 经常检查风杆、避雷针杆及拉弦，确保使用安全。
8．9 定期清洗雨传感器、蒸发量、降水量、盛水皿，以保证数据真实。
8．10 装车和运输时，一定要按包装箱上的标识操作。
8．11 经常检查蒸发量、水箱、水位，及时补充，检查打印纸和色带，及时更换。
8．12 百叶箱应用白漆每年漆一次。
9 实际应用图片
图10－31