兩要素自動(dòng)氣象站：低功耗設(shè)計(jì)，光伏供電適配野外無人值守

　　天澤 TZ-CQX2 以精準(zhǔn)儀器儀表，筑就工業(yè)匠心。兩要素自動(dòng)氣象站以風(fēng)速、風(fēng)向作為核心監(jiān)測要素，整機(jī)采用全鏈路低功耗元器件選型方案，從傳感探頭、主控芯片到傳輸模塊管控電能消耗，可直接搭配光伏板與儲(chǔ)能蓄電池組建自給供電系統(tǒng)，適配野外無外接市電點(diǎn)位的無人值守監(jiān)測需求。在荒山生態(tài)監(jiān)測、偏遠(yuǎn)林區(qū)火情預(yù)警、野外風(fēng)電輔測等遠(yuǎn)離供電管網(wǎng)的區(qū)域，架設(shè)常規(guī)供電線路施工成本高昂、布線難度大，本套低功耗氣象站依托太陽能自主供電，落地后無需專人駐場值守，常年自主完成兩要素氣象采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳工作。

　　一、野外無市電環(huán)境傳統(tǒng)氣象站供電難題

　　傳統(tǒng)氣象監(jiān)測設(shè)備整機(jī)功耗偏高，持續(xù)運(yùn)行離不開穩(wěn)定交流電供應(yīng)，偏遠(yuǎn)野外想要通電必須開挖路面鋪設(shè)電纜、架設(shè)輸電線路，長距離布線材料、人工施工費(fèi)用高昂，零散小點(diǎn)位布設(shè)項(xiàng)目從成本層面難以落地。部分臨時(shí)監(jiān)測點(diǎn)位選用柴油發(fā)電機(jī)供電，發(fā)電機(jī)需要定期加注燃油、專人值守啟停，野外路途遙遠(yuǎn)導(dǎo)致油料運(yùn)輸成本高，遇到雨雪天氣發(fā)電機(jī)故障停機(jī)，監(jiān)測設(shè)備斷電斷采。

　　蓄電池直連機(jī)型若無配套低功耗硬件，普通蓄電池續(xù)航僅能維持?jǐn)?shù)日，連續(xù)陰雨天光伏充電不足就會(huì)快速虧電停機(jī)，無法滿足數(shù)月乃至整年無人值守的監(jiān)測要求，大量偏遠(yuǎn)區(qū)域因此長期缺少常態(tài)化風(fēng)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

　　二、全鏈路低功耗硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

　　兩要素自動(dòng)氣象站從內(nèi)部元器件選型開始嚴(yán)控功耗，主控選用工業(yè)級(jí)超低功耗單片機(jī)，待機(jī)休眠模式功耗降至毫安級(jí)，非數(shù)據(jù)采集時(shí)段設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入低功耗休眠，到預(yù)設(shè)采集周期短暫喚醒完成采樣，采樣結(jié)束立刻恢復(fù)休眠，大幅縮減日均耗電量。超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感單元優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路，摒棄高功耗持續(xù)通電設(shè)計(jì)，按需瞬時(shí)通電完成聲波收發(fā)測算。

　　無線傳輸模塊采用定時(shí)上報(bào)機(jī)制，每日按照預(yù)設(shè)頻次集中打包上傳數(shù)據(jù)，其余時(shí)間模塊斷電休眠，避免全天候待機(jī)耗電。整套設(shè)備在常規(guī)監(jiān)測頻次設(shè)置下，日均整體耗電量遠(yuǎn)低于同規(guī)格常規(guī)氣象設(shè)備，小功率光伏板搭配普通儲(chǔ)能電池即可實(shí)現(xiàn)能量自給。

　　三、光伏儲(chǔ)能供電適配無人值守運(yùn)行邏輯

　　整套供電系統(tǒng)由太陽能光伏板、充放電控制器、儲(chǔ)能蓄電池三部分組成，晴好白天光伏板吸收光能轉(zhuǎn)化電能，一部分供給設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行，富余電量存入蓄電池;連續(xù)陰雨缺少光照時(shí)段，蓄電池釋放儲(chǔ)存電能保障設(shè)備不間斷工作。充放電控制器具備過充、過放、短路保護(hù)功能，避免電池過充鼓包或虧電報(bào)廢，延長儲(chǔ)能配件使用壽命。

　　結(jié)合低功耗整機(jī)特性，即便連續(xù)一周陰雨寡照，蓄電池儲(chǔ)備電量依舊可以支撐設(shè)備全時(shí)段采集上報(bào)，無需人工到場充電維護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)野外全時(shí)段無人自主運(yùn)行。

　　四、多類偏遠(yuǎn)野外場景落地應(yīng)用

　　林區(qū)防火氣象監(jiān)測：深山原始林區(qū)人煙稀少，沒有市電接入條件，兩要素氣象站布設(shè)在林區(qū)制高點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)向風(fēng)速，火情發(fā)生時(shí)依托風(fēng)向數(shù)據(jù)預(yù)判火勢蔓延方向，輔助消防人員規(guī)劃滅火路線，全年無人值守穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　荒漠植被恢復(fù)監(jiān)測：荒漠化治理片區(qū)地處偏僻，大范圍布線供電不現(xiàn)實(shí)，設(shè)備光伏自主供電，長期記錄區(qū)域風(fēng)力數(shù)據(jù)，分析風(fēng)沙活動(dòng)規(guī)律，指導(dǎo)固沙植被栽種規(guī)劃。

　　野外科研臨時(shí)觀測：地質(zhì)、生態(tài)野外科考項(xiàng)目需要階段性定點(diǎn)監(jiān)測，低功耗光伏機(jī)型開箱架設(shè)即可投入使用，項(xiàng)目結(jié)束后可拆除轉(zhuǎn)運(yùn)至下一個(gè)點(diǎn)位重復(fù)利用，靈活適配臨時(shí)監(jiān)測需求。

　　五、遠(yuǎn)程管控與后臺(tái)數(shù)據(jù)管理

　　設(shè)備配套云端監(jiān)測管理平臺(tái)，管理人員通過電腦、手機(jī)端遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，自定義修改采集間隔、數(shù)據(jù)上報(bào)頻次，無需前往現(xiàn)場調(diào)試設(shè)備。平臺(tái)自動(dòng)生成日、周、月數(shù)據(jù)報(bào)表，超標(biāo)大風(fēng)數(shù)據(jù)自動(dòng)彈窗預(yù)警，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化管理，進(jìn)一步減少現(xiàn)場巡檢頻次。

　　機(jī)身防護(hù)沿用野外耐候設(shè)計(jì)，防塵防水抗老化，適配野外多變自然環(huán)境，降低環(huán)境因素引發(fā)的非耗電故障。

　　六、全周期使用成本優(yōu)勢

　　省去野外長距離布線施工費(fèi)用，項(xiàng)目前期基建投入大幅縮減，小預(yù)算監(jiān)測項(xiàng)目也能批量布設(shè)點(diǎn)位。光伏配件使用壽命長，蓄電池正常使用年限可達(dá)三至五年，期間除定期遠(yuǎn)距離巡檢外無持續(xù)性能耗支出。

　　設(shè)備拆裝便捷，項(xiàng)目點(diǎn)位調(diào)整、監(jiān)測地點(diǎn)變更時(shí)，整套設(shè)備可拆卸遷移重復(fù)利用，資產(chǎn)利用率高。從長期投入對(duì)比，低功耗光伏型兩要素氣象站是無市電野外環(huán)境經(jīng)濟(jì)性的監(jiān)測方案。