农田小型气象站这个名字听起来像是实验室里的设备,实际上它是直接插在田埂边上干活的东西。一套设备由气象传感器、采集器、太阳能供电系统、立杆支架和云平台五块组成,装好之后基本不用再管,适合气象、农业、林业、科学考察这些长期在户外跑数据的场合。
先说安装。设备配的是三米碳钢支架,两节螺纹旋接,一个人就能立起来,不需要吊车,也不用打地基。传感器、采集器、太阳能板在出厂时已经接好线,现场把立杆接上、设备固定好、太阳能板朝南摆正角度,通电开机就进入工作状态,免调试的设定对基层农技站、种植基地来说很省事。支架和防护箱都是金属材质,防护箱用的是不锈钢,耐腐蚀、抗氧化,防水等级做到 IP66,南方多雨、沿海潮湿的环境下露天摆放,箱体内部的采集器、电池不会受潮气影响。
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供电是这套设备野外长期运行的关键。它走的是太阳能加铅酸电池的方案,电池容量有 30W 20AH、50W 20AH、100W 100AH 三档可选,充电控制器功率 150W,带 MPPT 自动功率点跟踪。简单说,阴天、光照弱的时候,控制器会自动寻找当前光照条件下的最佳工作点,把太阳能板的发电效率多榨出来一些,标称效率提升约 20%。采集器本身的静态功耗小于 1mA,属于微安级别的待机电流,配合太阳能供电,基本能保证设备在无市电的田间长期运行,不需要频繁换电池。
数据上传靠标配的 4G 网络,设备采集到的数据通过 4G 模块发到云平台,上传间隔从 1 分钟到 1000 分钟可调。地块面积大、想看瞬时变化的,把间隔调短;只需要看日趋势的,调长一点,还能省流量。主机带一块七寸安卓触屏,系统版本 4.4.2,四核 Cortex-A7 处理器,512M 内存加 4G 存储,在田间现场可以直接在屏幕上查看实时数据、修改采集间隔、查看传感器状态,不用每次都打开手机或者电脑。触屏支持 Modbus485 传感器扩展,后面想加装新的传感器,走标准 485 接口接进来就行,扩展性比较灵活。
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设备监测的参数覆盖范围很广。气象层面有环境温度、相对湿度、光照强度、大气压力、露点温度、风向、风速、雨量、紫外辐射、日照时数、光电总辐射、光合有效辐射,还有二氧化碳、PM2.5、PM10、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、负氧离子、含氧量这些空气指标。土壤层面有管式土壤温度、土壤湿度、土壤盐分、土壤 pH、土壤氮磷钾、土壤蒸发量。一套设备装下去,地上和地下的关键环境数据都能拿到。
参数精度方面,环境温度量程 - 40 到 80℃,分辨率 0.01℃,准确度 ±0.3℃;相对湿度量程 0 到 100% RH,准确度 ±3% RH;风速量程 0 到 60m/s,准确度 ±0.2m/s;雨量测量强度不超过 4mm/min 时准确度 ±2%。这些精度指标对于田间生产管理来说足够用了,灌溉决策、病害预警、气象记录都能支撑。
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日常使用中值得留意的地方不多。一是定期清理太阳能板表面的灰尘和落叶,保证发电效率;二是检查立杆和线缆接头,大风天气后确认没有松动;三是传感器探头长期裸露在户外,隔一段时间擦拭一下表面的尘土和虫网,数据会更稳定。云平台端的短信报警功能可以提前设置阈值,某个指标超限之后,系统会自动向指定的手机号发送短信,比如夜间温度降到霜冻线以下、风速超过设定值,人不在现场也能第一时间收到提醒。
从投入产出的角度看,农田小型气象站解决的是一件事:让田间环境数据变得随时可查、可追溯、可预警。对于需要长期积累气象资料的科研项目,或者想摸清自家地块小气候规律的种植户来说,一套低功耗、免维护、数据直传云端的设备,比人工记录可靠得多,数据也完整得多。
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