手持气象站介绍

一、仪器定位与学术定义

托普云农手持式农业气象监测仪（典型型号TNHY系列、BNL-GPRS系列）是基于多传感器融合与嵌入式数据采集技术构建的便携式田间微气候测定设备。由手持主机与可插拔智能传感器探头（温湿光、CO₂、风速风向、雨量、土壤温湿/盐分/pH/紧实度等）组成，通过RS-485或模拟信号接口读取各探头数字化输出，在主控单元完成线性化换算、异常值滤波后本地存储或无线上传，同时嵌入北斗/GPS双模定位模块将环境参数与地理坐标、采集时间严格绑定。其核心价值在于弥补固定自动气象站空间分辨率不足与移动采样盲区的缺陷，适用于农田、温室、林地、样方的点状精准环境诊断、灾害应急调查及科研样带（Transect）环境—地理位置联合记录，属数字农业环境感知的移动前端工具。

二、传感原理与硬件构成

大气参数传感单元：空气温度多采用Pt100铂电阻或NTC热敏电阻四点校准测量，相对湿度由高分子薄膜电容式湿敏元件检测介电常数变化解算；光照强度与光合有效辐射（PAR）分别由硅光电池与蓝光增强硅光电二极管测定；CO₂浓度采用非扩散红外（NDIR）吸收原理检测；风速风向可选超声波时差法（无机械启动风速、360°全向）或低惯量三杯式/风向标式传感器；降水量由翻斗式雨量计计量。

土壤参数传感单元：土壤温度由埋入式NTC或Pt100探头测定；体积含水量（VWC）多采用频域反射（FDR）原理测量介电常数推算；土壤电导率（EC）与盐分由四电极法测定；土壤pH采用玻璃复合电极；土壤紧实度由锥型应变片式压力传感器测定穿透阻力，各探头可单独或组合插接主机。

手持主控与采集终端：内置低功耗微控制器（MCU）或ARM嵌入式处理器，配备点阵液晶中文屏、功能按键及语音播报模块；支持手动单次测量与定时自动采集双模式；内置大容量Flash及可扩展TF/SD卡实现数万组以上本地存储，断电数据不丢失。

定位与供电系统：集成北斗/GPS双模定位模块，每次采集自动记录经纬度坐标与海拔高度；内置可充电锂电池（典型7.4V锂电）配合充电保护电路，支持交直流适配器或USB充电，满足野外全天或连续多日巡检需求。

通信与扩展接口：主机可通过集线器接入多类型传感器（最多可扩展数十种），探头具热插拔自动识别功能；数据可通过USB线导出至PC，或选配4G/5G/GPRS/NB-IoT模块实时上传至植保气象云平台。

三、工作原理与数据处理逻辑

多通道轮询采集与数字滤波：主机按设定采样间隔或手动触发对各通道传感器信号轮询读取，经滑动平均滤波与3σ准则剔除瞬态干扰野值后换算为工程量（℃、%RH、μmol·m⁻²·s⁻¹等）。

地理—时间标签绑定：每笔有效记录自动附加采集时刻（年月日时分秒）、GPS经纬度坐标及海拔信息，满足空间变异性研究与样方重复定位回访要求。

阈值报警与语音提示：用户可预设各参数上下限报警阈值，主机屏幕闪烁提示并可通过内置扬声器进行普通话语音播报，辅助现场快速判断异常微环境。

云端同步与追溯：启用无线传输时，结构化数据包经加密后上传至云端管理平台，支持历史曲线回放、多测点对比、Excel/PDF报表导出及多级权限管理。

四、主要功能特性

1、无线通讯功能：自动上传测量数据，设备通过4G/5G网络方式与服务器通讯，实时发送至服务器，上网页查看数据，无论身在何处只要能上网，均可查看下载数据。

2、含手机APP，支持安卓及苹果系统，无论身在何处只要能上网，均可查看实时数据。

3．低功耗设计，增加系统监控和保护措施，避免系统死机。

4．中文液晶显示，农业气象环境检测仪可显示当前日期时间，各传感器测量数据，存储容量，已存储数据条数，等信息。

5、主机数据存储容量大：设备内部Flash可存储最近3万条数据，标配4G内存卡长期存储，亦可与Flash中数据同时存储。

6、内置锂电池供电：7.4V2.8Ah锂电池，具有充电保护、电压过低提示功能。外接电源为8.4V（1000mA以上）直流电源。

7、采集设置：在无人看守的情况下使用，可设置定时采集，也可手动采集。

8、语音设置：农业气象环境检测仪可根据需要设置语音播报功能开/关/超限开。

9、语音报警功能：主机语音设置为超限开后，即可语音播报超限信息。

10、主机可通过集线器接入不同类型的传感器，互不影响精度。

11、海拔及防盗定位功能：可测海拔高度，自动获取海拔参数和内置北斗、GPS、伽利略等多种定位系统。

12、可扩展传感器类型及数量，最多32个种（扩展线为IP67，一体结构）。

管理云平台功能

1、自带仪器云管理平台包含C/S架构，可将所有便携式设备及在线设备数据进行汇总分析，数据备份防丢失，查看操作方式包括网页端及手机端（安卓/苹果系统均可用）。

2、显示每种传感器采集到的数据、检测时间、采集地点GPS坐标信息。

3、数据可通过4G/5G网络方式或者USB数据线导入方式上传至管理云平台。平台内数据可下载，分析，打印。

4、平台支持设备数据存储，提供足够容量可长期保存。

5、平台为设备数据提供曲线与表格等报表形式，且数据可导出与导入。

6、平台可以结合数据进行报表制作，报表打印，报表导出功能。

7、软件可在线升级。

五、典型应用领域

农田微环境差异诊断：快速对比不同田块、大棚内外、树冠上下层温湿光差异，为通风、遮阳、灌溉时机决策提供依据。

设施农业环境调控指导：温室、日光温室、连栋大棚内环境参数即时检测，配合环境控制设备优化作物生长条件。

科研样方与生态调查：配合GPS记录样地环境参数，服务于作物物候—环境关联分析、草地/森林小气候梯度研究及土壤—气候空间变异性分析。

农业气象灾害应急评估：霜冻、干热风、暴雨后深入田间测定受灾点微气候，辅助灾害程度评估与灾后管理决策。

教学实训与农技推广：农业院校气象学、植物生理学实验教学中学生动手测定，以及基层农技人员田间巡回检测培训。

六、设计与执行标准

仪器设计参照QX/T《自动气象站技术规范》便携式观测设备相关要求及NY/T农业气象观测仪器通用技术条件，传感器计量性能满足WMO（世界气象组织）建议的农业气象观测二级标准范围，电气安全符合GB 4706系列及GB/T 17626电磁兼容要求，可选配法定计量检定/校准证书以满足科研项目与高标准农田验收合规性要求。

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