国网山西省电力公司检修公司壮志凌云QC小组.pdf

-1-研制研制基于基于“互联网互联网+”技术的技术的无人无人变电站变电站 气象气象在线在线监测系统监测系统 小组名称：国网山西省电力公司检修公司“壮志凌云 QC 小组”-2-研制研制基于基于“互联网互联网+”技术的技术的无人无人变电站变电站 气象气象在线监测系统在线监测系统 一、简介一、简介 （一）（一）小组小组概况概况 小组名称 国网山西省电力公司检修公司“壮志凌云 QC 小组”活动课题名称 研制基于“互联网+”技术的无人变电站 气象在线监测系统 小组注册时间 2012-2 小组人数 8 人 课题注册时间 2016-2-15 课题类型 创新型 活动次数 20 出勤率 100%小组成员情况 姓名 性别 学历 职称 组内分工 姜凌霄 男 硕士 工程师 组长 李征宇 男 大本 高级工程师 组员 赵天娥 女 大本 政工师 组员 曹立宁 男 大本 高级工程师 组员 武 芳 女 大本 高级政工师 组员 关 远 男 硕士 工程师 组员 李鹏飞 男 硕士 助理工程师 组员 姚 娜 女 大本 助理工程师 组员 小组获奖情况 -3-2016 年，QC 成果“研制基于物联网技术的变电站温度实时在线监测系统”获得首届全国质量创新大赛一等奖；并获得“全国优秀质量管理小组”荣誉称号。2016 年，“壮志凌云 QC 小组”所在晋南运维分部获得“全国质量信得过班组”荣誉称号。小组人员全部为本科及以上学历，均有变电站的一线工作经验。（二）（二）名词解释名词解释 1.“互联网+”技术:“互联网+”是指利用互联网的平台、信息通信技术把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来，从而在新领域创造一种新生态。“互联网+”战略就是利用互联网的平台，利用信息通信技术，把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来，在新的领域创造一种新的生态。简单地说就是“互联网+XX 传统行业=互联网 XX 行业”，虽然实际的效果绝不是简单的相加。比如，传统集市+互联网有了淘宝，传统百货卖场+互联网有了京东，传统银行+互联网有了支付宝，传统的红娘+互联网有了世纪佳缘，传统交通+互联网有了滴滴快车，而传统新闻+互联网有了柴静关于雾霾的穹顶之下的解读。如果我们将各种信息传感设备与互联网结合起来，就可以实现实时采集任何需要监控、互动的物体等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络，实现信息的交换。所以我们在这里用到的是“互联网”+“信息传感设备”+“无人变电站”=“无人变电站实时在线监测系统”。-4-无线信号无线信号无线信号无线信号温度温度、湿度湿度、光线光线、风力风力、等终端传感器等终端传感器互联网互联网（数据平台信息中转数据平台信息中转）台式电脑台式电脑、笔记本笔记本电脑电脑、平板电脑平板电脑、手机等终端设备手机等终端设备 图1-1.“互联网”+“信息传感设备”结构示意图 2.小气候环境 在一个地区的每一块地方（如农田、温室、仓库、车间、庭院等）都要受到该地区气候条件的影响，同时因下垫面（包括地形、地质、土壤、河流和植被等）性质不同，又有人的活动等，就会形成小范围特有的气候状况。传统的天气预报只能预测一个地区整体的天气状况，对于此地区具体的小气候环境还无法做到有效预测。有一句诗是这么说的“一山有四季，十里不同天”。山西的地形以山地为主，而大型变电站的选址由于考虑到输电走廊成本的问题，几乎都在远离市区的山顶或者盆地，一般都有各自独特的小气候，而传统的天气预报只能预报一个地区的天气预报，根本不能准确预测变电站所处小气候的环境。二二、选择课题选择课题 -5-（一）（一）需求分析需求分析 1.天气信息获得时间长 国网山西检修公司现在管辖全省 24 个 500kV 枢纽变电站，这些变电站分布在全省 15.67 万平方公里的土地上，最远的变电站距离太原公司480 公里。现在全面实行了集中运维站模式，以临汾运维站为例，维护海会 500kV 变电站和霍州 500kV 变电站两座无人变电站，距离海会站 110公里，车程 1 小时 20 分，距离霍州站 230 公里，车程 2 小时 25 分钟。如果要想得到变电站的气象数据，只能通过驱车去现场查看、询问变电站保安、或查阅天气预报的形式。我们检查变电站天气情况现在普遍通过联系站内保安的方式实现，由于方言问题、沟通问题、认识方面存在的差距，在询问天气时普遍存在沟通时间长的问题。变电站变电站 检查检查日期日期 总时总时间间 平均平均 时间时间 3月1日 3 月 3 日 3 月 5 日 3 月 7 日 3 月 9 日 3 月 11 日 海会站海会站 151 215 183 175 330 165 1219 203.2 霍州站霍州站 123 115 179 146 321 171 1055 175.8 晋城站晋城站 164 174 246 147 345 115 1191 198.5 久安站久安站 215 193 175 247 364 187 1381 230.2 稷山站稷山站 231 187 179 183 323 191 1294 215.7 桐乡站桐乡站 164 165 146 174 341 179 1169 194.8 潞城站潞城站 165 151 164 187 362 191 1220 203.3 运城站运城站 70 91 115 78 278 123 755 125.8 平均平均 时间时间 193.4 备备注：注：1.1.统计时间单位为“秒”；统计时间单位为“秒”；2 2.每天统计的时间为一天询问两次的时间和；每天统计的时间为一天询问两次的时间和；3 3.统计时间包括统计时间包括“接通电话接通电话”及及“询问沟通询问沟通”的时间；的时间；4 4.3.3 月月 9 9 日全省范围发生了大面积的大风及降温天气，询问时间普遍延长。日全省范围发生了大面积的大风及降温天气，询问时间普遍延长。制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 3 月 15 日 经过统计，通过询问站内保安的方式询问站内天气的平均天气-6-达到 193.4 秒，相当于三分钟左右。2.天气预报不能准确反映变电站所处地点的气象环境 以临汾运维站为例，维护的无人站霍州站位于霍州市以东 30 公里的“太岳山”山脚下，因此每年降雨量高于霍州市城区降雨量；维护的海会 500kV 变电站位于某市某乡的两座山顶的隘口处，站内常年大风，四级以上大风天数远远高于阳城市的天数。3.汇报天气主观，缺乏定量标准 运维人员或站内保安在汇报天气情况的时候，主观意愿太强，常常以“暴雨”，“特大暴雨”，“五级大风”，“十级大风”来形容当时的天气情况，不仅不准确而且非常离谱，不能定量的说明。由于没有对实际雨量和风速标准的概念，实际上的降雨量和实时风速远远小于汇报的情况。造成了汇报不准确，影响判断，误出班浪费人力物力的情况不断发生。通过对近两个月临汾运维班及运城运维班的出班情况进行统计后发现，由于天气条件的汇报不准确，造成的误出班率达到了 45%，如下表所示。次数次数 时间时间 出发站出发站 到达站到达站 出班原因出班原因 是否正确出班是否正确出班 1 1 2015.12.02 临汾站 海会站 异常报警 是 2 2 2015.12.05 运城站 桐乡站 大风十级 否 3 3 2015.12.06 临汾站 霍州站 特大暴雪 否 4 4 2015.12.08 潞城站 久安站 异常报警 是 5 5 2015.12.11 运城站 稷山站 大风四级 是 6 6 2015.12.14 临汾站 霍州站 暴雪 否 7 7 2015.12.16 临汾站 霍州站 大风八级 否 -7-8 8 2015.12.19 潞城站 久安站 异常报警 否 9 9 2015.12.23 临汾站 霍州站 异常报警 是 1010 2015.12.26 潞城站 久安站 特大暴雪 否 1111 2015.12.28 临汾站 海会站 异常报警 否 1212 2016.01.01 运城站 桐乡站 大风四级 是 1313 2016.01.03 临汾站 霍州站 异常报警 是 1414 2016.01.06 潞城站 久安站 异常报警 是 1515 2016.01.10 临汾站 晋城站 大风十级 否 1616 2016.01.12 运城站 桐乡站 特大暴雪 是 1717 2016.01.14 临汾站 霍州站 异常报警 是 1818 2016.01.15 临汾站 海会站 大风九级 否 1919 2016.01.20 运城站 桐乡站 异常报警 是 2020 2016.01.22 临汾站 霍州站 大风四级 是 误误出出班率班率 45%制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 3 月 15 日（二）（二）需求的提出需求的提出 我们对现状进行如下总结：1.实时获得变电站现场的气象数据；2.气象监测装置应能反应变电站所在地的实际气象情况；3.获得的气象数据应能定量监测“温湿度”、“风速”、“风向”、“雨量”四大气象基本要素。（三）（三）课题查新课题查新 1.课题查新 小组成员曹立宁于 2016 年 3 月 15 日委托山西省科学技术情报研究所进行了课题查新，结果发现目前还没有基于“互联网+”技-8-术的变电站气象在线监测系统的文献报道及相关专利，课题查新报告如下（如表 2-1）：表表2 2-1.1.课题查新报告课题查新报告 查新项目查新项目 名称名称 基于基于“互联网互联网+”+”技术的变电技术的变电站气象在线监测系统站气象在线监测系统 查新人员查新人员 曹立宁曹立宁 查新机构查新机构 山西省科学技术情报研究所 查新时间 2016.3.15 一、查新目的一、查新目的 项目鉴定项目鉴定 二、查新范围二、查新范围 中国电力科技成果数据库中国电力科技成果数据库 中文科技期刊全文数据库中文科技期刊全文数据库 中国专利数据库中国专利数据库 中国企业产品数据库中国企业产品数据库 中国学术论文数据库中国学术论文数据库 中国知网中国知网 万方数据平台万方数据平台 维普论文资讯平台维普论文资讯平台 三、查新点与查新要求三、查新点与查新要求 运用运用“互联网互联网+”+”技术，使用技术，使用“互联网互联网+”+”平台将变电站所在地的气平台将变电站所在地的气象数据象数据实时上传，变电站实时上传，变电站气象数据气象数据可以实现在手机客户端查看，也可以可以实现在手机客户端查看，也可以在电脑上打开相关网页进行查看。在电脑上打开相关网页进行查看。七、查新结论七、查新结论 经查新表明，国内未见经查新表明，国内未见“基于“基于“互联网互联网+”+”技术的技术的无人无人变电站气变电站气象在象在线监测系统”线监测系统”的文献报道。的文献报道。制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 3 月 15 日 2.思路启发 我们前期在项目查新的过程中，小组成员通过头脑风暴法，发现“在中国石油化工的气象监测领域，通过安装在每处油田的气象站，可以在主控制中心实时的监测到气象环境的变化”；“在风力发电领域，由于“风车田”的占地面积非常大，在每一个风力发电机集中的地方都会设置相-9-应的“风速及风向”监测系统，对实时的气象环境变化做到了实时监测。上述这几种方法均实现了数据的自动上传与实时查看。公司内部在每个变电站都安装了“变电站温湿度实时在线监测系统”，利用的是“互联网+”平台，在查新的过程中也给我们的思路带来了启发。3.成果借鉴 我们对气象监测在石油领域的使用产生了浓厚的兴趣，了解到在每一处油田，例如处于山地的油田和海面的油田，通过各种现场传感器采集数据，再通过电缆接入主控制室的方式，将数据实时的传输回后台。由于山西 500kV 的变电站分布较为分散，测量得到的数据不仅要传回运维站，还要传回公司本部，因此在施工上有很大难度。参考现在最热门的“互联网+”技术，我们决定利用其作为我们实现数据传输的方式。在课题查新的过程中,小组人员的思路得到了巨大的开拓，决定研制一种可以实时监测变电站天气情况的实时在线监测系统，可以安全、有效、快捷的帮助现场运维人员从远程掌握无人变电站所处的气候环境。因此小组决定本次 QC 活动的课题为：研制基于“互联网+”技术的无人变电站气象在线监测系统，用以降低检查时间，提高检查数据的准确性。-10-三、设定目标（一）（一）目标值设定：目标值设定：1.量化目标值：我们以检查变电站天气情况通过联系站内保安的方式实现，我们现在一个运维队检查每个变电站气象环境的时间为 194 秒。我们的目标是检查时间减少到 30 秒（如图 3-1）。图3-1.目标值设定 2.非量化目标值：研发的气象监测装置能实现在“后台实时在线监测”远方气象环境的能力（如图 3-2）。活动前活动前目标值目标值 图3-2.本次 QC 活动课题间接达到的目标 -11-（二）目标值可行性分析：（二）目标值可行性分析：1.理论可行性 我们通过借鉴“油田气象在线监测系统”进行目标值的可行性分析，由于油田气象在线监测系统利用的是“互联网+”平台，与我们将要研制的“变电站气象在线监测系统”网络结构相似，因此具有参考价值。小组成员通过检查现有的“油田气象在线监测系统”，来仿真检查气象数据的过程，检查 25 个点的时间如下表（如表 3-1）：表表3 3-1.1.检查时间统计表检查时间统计表 曹立宁 姜凌霄 武 芳 李征宇 关远 李鹏飞 姚 娜 第一次 90 秒 130 秒 124 秒 120 秒 96 秒 126 秒 130 秒 第二次 94 秒 126 秒 132 秒 118 秒 94 秒 128 秒 132 秒 平 均 92 秒 128 秒 128 秒 119 秒 97 秒 127 秒 131 秒 检查 5 个点 18.4 秒 25.6 秒 25.6 秒 23.8 秒 19.4 秒 25.4 秒 26.2 秒 备注：1.四要素气象站包括以下变量：温湿度、风速、风向、雨量四大基本要素，但是温湿度实际显示时为两个数值；2.检查 25 个点的平均时间再除以 5，得到的就是检查 5 个点数值的平均时间。制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 4 月 1 日 经过计算，小组成员检查 5 个点的平均查看时间最多为 26.2 秒，因此我们认为在 30 秒内检查完每个站的气象数据是可能的。因此，量化目标可行。2.人员可行性 小组人员理论基础扎实，技术力量雄厚，实践经验和技术手段丰富，全部为本科以上学历，且均具有变电站的实际工作经验。因此在课题确定和对策提出上均可提出切实有效的方案。-12-3.技术可行性 小组对物联网技术实现的传感器进行了汇总和分析，为后期制作提供了可靠依据。同时申请到科研经费 6 万余元，有足够的财力支持。-13-四、提出方案并确定最佳方案四、提出方案并确定最佳方案（一一）需求分析需求分析 传输技术必须满足的现场条件：1.传输距离超过 500 公里。测量到的数据需要传输到集中运维站，同时要传回太原的公司；2.温湿度、风向、风速测量应能满足自然条件下出现的最大情况考虑；具体参数要求为：温度-20至 60，湿度 0%至 99.9%，风速 0 至 40m/s，风向 0 至 359 度，雨量传感器小于 8mm/min；3.能持续可靠地供电达到 100%；（二二）提出方案提出方案 气象数据的实时在线监测装置，从根本上说就是通过终端的传感器将气象信息实时的上传回后台，在后台实现数据的查看。我们根据这一需求，通过前期课题查新时的大量科技论文研究，小组成员运用“头脑风暴法”对将要研究的气象在线监测装置的设计提出以下两种可以实现的对策方案（如表 4-1）。表表4 4-1.1.方案方案选择表选择表 方案对比方案对比 方案说明方案说明 方案一：方案一：研制研制“有线传有线传输输”方式的方式的气气象象在线监测在线监测系统系统 交换机交换机服务器服务器公司后台机公司后台机主控室后台机主控室后台机气气象象站站四四要要素素温湿度温湿度风力风力风速风速雨量雨量线缆线缆 -14-方案二：方案二：研制研制“无线传无线传输输”方式的方式的气气象象在线监测在线监测系统系统 气气象象站站四四要要素素无线信号无线信号温湿度温湿度风力风力风速风速雨量雨量无线信号无线信号无线信号无线信号交换机交换机服务器服务器公司后台机公司后台机主控室后台机主控室后台机 为确定最佳方案，我们为确定最佳方案，我们以霍州以霍州 500kV500kV 变电站为试点，前期进行了概变电站为试点，前期进行了概预算，对人工费用、材料费用进行了核算，并进行了模拟安装实验预算，对人工费用、材料费用进行了核算，并进行了模拟安装实验。传输方式传输方式 特点特点 有线传输有线传输 无线传输无线传输 研发思路研发思路 思路及设计理念来源于 油田气象传输系统 思路及设计理念来源于 变电站温湿度实时在线监测系统 安装周期安装周期 3 天 1 小时 40 分 安装成本安装成本 合计：2050 元（材料费 1150，人工费 900）合计：383 元（材料费 83，人工费 300）可行性可行性得分得分 3 3 5 5 可靠性可靠性得分得分 5 5 5 5 经济性经济性得分得分 3 3 5 5 实用性实用性得分得分 5 5 5 5 综合得分综合得分 1616 2020 选定方案选定方案 否否 是是 负责人负责人 李鹏飞李鹏飞 检查时间检查时间 2016.52016.5 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 5 月 20 日 两个方案对比来看，都可以实现远方后台对现场数据的实时监测。“有线传输方式”由于是暗线施工，存在施工难度大，施工周期长，施工成本高，后期维护困难等一系列问题；使用“无线传输”方式，不仅安装容易，而且维护简单，人工成本也低。因此我们将“无线传输模式”作为我们选定的大方案。下面，我们将针对此方案进行各个部分的分解-15-和最佳方案的选定。（三）方案分解和（三）方案分解和选择选择 我们将无线的数据传输方案进行细化，从以下几个方面进行方案的选择和细化分解，如图 4-1：编程语言编程语言PL/M语言语言BASIC语言语言C语言语言主要电子元器件主要电子元器件数据处理数据处理CPUPICPIC1616F F877877A A-I I/P P单片机单片机STC STC 8989C C5252RCRC单片机单片机温度探头温度探头DHT11AM2320风速传感器风速传感器HYHY-ANAN8080YGCYGC-FSFS0505供电方式供电方式220220V V交流适配器供电交流适配器供电太阳能供电太阳能供电气象站支架气象站支架合金钢材合金钢材工程塑料工程塑料物联网平台物联网平台传感云传感云YeelinkYeelink无线传输方式无线传输方式SIMSIM900900A A流量传输流量传输ESPESP8266 8266 wifiwifi传输传输变电站气象在线监测系统级分解级分解级分解级分解级分解级分解SYSY-FSFS2 2风向传感器风向传感器TITI-FXFX1 1YGCYGC-FXFX1111SYSY-FXFX1414温度探头温度探头TPYTPY-YLYL2020PGPG-210210铝合金铝合金 图图4 4-1.1.方案分解图 -16-1、无线传输方式的选择 表表4 4-2.2.无线传输方式选择表无线传输方式选择表 序号序号 1 1 2 2 方案方案 GPRSGPRS 流量传输流量传输 ESP8266 WiESP8266 Wi-FiFi 传输传输 方方 案案 说说 明明 SIM900A 属于双频GSM/GPRS 模块，工作频率为 900/1800MHz，可以实现低功耗语音、短信、数据的传输。温度等信息可以通过短信、GPRS（流量）等形式传输出去。功能的实现需要手机流量卡或者短信卡；ESP8266 本身有自己的闪存，处理器和 PCB 板天线。是一个可以自组网，也可以进行嵌入式开发的“WI-FI 模块”。只要能连接到 WI-FI（无线路由器）信号，它就可以将数据传输出去。方方 案案 分分 析析 每一个气象站需要一张手机卡，SIM900A 模块将测量到的数据通过注册的通讯运营商，将数据及时、准确的发送出去，具有安全、稳定的特点，但是不能自己组建网络，只能点对点；ESP8266 模块可以通过无线路由器自组网络，即所有终端通过 WI-FI 信号连接到这个无线路由器上，通过这个无线路由器将每个终端的数据传输到网络上；传输信号模传输信号模式式 GPRS Wi-Fi 传输传输 距离距离 “2000+”公里 50 米 是否需要安是否需要安装外网装外网 不需要 需要 工作工作 温度温度 -30至 80-30至 80 -17-装置装置 成本成本 45 元 35 元 后期后期 费用费用 60 元（流量费）600 元（网费）可行性得分可行性得分 5 5 3 3 可靠性得分可靠性得分 5 5 5 5 经济性得分经济性得分 5 5 1 1 实用性得分实用性得分 5 5 3 3 综合得分综合得分 2020 1212 选定方案选定方案 是是 否否 负责人负责人 李征宇李征宇 检查时间检查时间 2016.2016.6 6 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 6 月 15 日 选择：“ESP8266 Wi-Fi 传输”模块的无线传输技术只要连接上 Wi-Fi 信号就可以传输数据，但是现在变电站考虑到信息安全问题一般不允许安装外网，并且后期成本很高；SIM900A 模块只需要一张手机卡，通过 GPRS流量将数据实时的发送出去，每年只需要缴纳流量费用即可。因此我们最后选择了 SIM900A 模块作为我们的选择方案。2、编程语言的选择 表表4 4-3.3.编程语言选择表编程语言选择表 方案目标：方案目标：（1 1）仿真正确率仿真正确率 100%100%；（2 2）编程可维护性好；编程可维护性好；（3 3）速度快。速度快。实实验描述：小组请专业人员分别用验描述：小组请专业人员分别用 PL/MPL/M 语言、语言、BASICBASIC 语言、语言、C C 语言编译简单语言编译简单的“输入的“输入-判断判断-输出”程序，假定阈值为输出”程序，假定阈值为 6060，并分别在各自的编译环境下进，并分别在各自的编译环境下进行行 100100 次仿真，模拟输入值，统计输出结果，计算软件仿真正确率次仿真，模拟输入值，统计输出结果，计算软件仿真正确率，统计每，统计每次执行时间。次执行时间。方案方案 实验分析实验分析 方案分析方案分析 结论结论 PL/MPL/M语言语言 实验结果如下:序号 1 100 正确率 平均 冗余度 输入 45 70-输出 低 高-结果 正确 正确 100%-时间 3S 3S-2S 83%PL/M 语言目标代码简短，占内存少，执行速度快，但缺乏可移植性，需专业人员维护。优点：仿真正确率 100%；缺点：可维护性差，代码冗余较多；不选择 -18-BASICBASIC语言语言 实验结果如下:序号 1 100 正确率 平均 冗余度 输入 45 70-输出 低 高-结果 正确 正确 100%-时间 3S 5S-4S 75%BASIC 语言直观、速度快，便于编写代码和维护，但代码冗余较多。优点：仿真正确率 100%；缺点：可维护性差，代码冗余较多；不选择 C C 语语言言 实验结果如下:序号 1 100 正确率 平均 冗余度 输入 45 70-输出 低 高-结果 正确 正确 100%-时间 5S 5S-5S 11%C 语言紧凑灵活、代码简单。可移植性好，执行速度较另两种语言慢，但装置所用程序相对简单，执行程度差距甚微。优点：仿真正确率 100%，编程可维护性好；缺点：速度慢 选择 注注:代码的冗余越少代码的冗余越少,其可维护性越好其可维护性越好,其移植性越好其移植性越好,这是衡量编程语言这是衡量编程语言的关键指标的关键指标 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 7 月 15 日 选择：虽然 PL/M 语言和 BASIC 语言具有更高的运算速度，但是时间上跟C 语言相差无几。PL/M 语言和 BASIC 语言的冗余度很高（根据程序的编制方式运算得出），因此可维护性较差，C 语言具有良好的后期维护性，相比他们运行速度慢，但是足以满足我们对单一温度数据的处理要求，所以我们最后选择 C 语言为我们的系统编程语言。3、电子元器件的选择（1）数据处理 CPU 的选择 表表4 4-4.4.数据处理数据处理 CPUCPU 选择表选择表 -19-序号序号 1 1 2 2 方案方案 PIC16F877APIC16F877A-I/PI/P 单片机单片机 STC 89C52RCSTC 89C52RC 单片机单片机 方方 案案 说说 明明 PIC16F877A-I/P 是MICROCHIP（微芯）公司出品的 PIC 系列 是宏晶科技推出的高速/低功耗/超强抗干扰的单片机 工作电压工作电压 5.5V3.3V 5.5V3.3V 工作温度工作温度 -40+85（工业级）-40+85（工业级）最大工作功最大工作功率率 7.3mA 7mA 数据处理数据处理 256*8 字节 256 字节 成本成本 13 元 5.5 元 可行性得分可行性得分 5 5 5 5 可靠性得分可靠性得分 5 5 5 5 经济性得分经济性得分 3 3 5 5 实用性得分实用性得分 5 5 5 5 综合得分综合得分 1818 2020 选定方案选定方案 否否 是是 负责人负责人 武芳武芳 检查时间检查时间 2016.82016.8 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 8 月 15 日 选择：PIC 系列 16F877A-I/P 单片机虽然数据处理的字节量是 STC 89C52RC 的很多倍，但是我们使用时，只是用来处理温湿度、风速、风向等数据的转换和发送，STC 89C52RC 本身足够处理多达 1 万组的温度-20-数据，因此我们最后选择能满足要求但是价格更便宜的“STC 89C52RC”单片机，作为数据处理的大脑。（2）温度测量探头的选择 小组成员到市场上调查了温度测量探头的型号，并进行了选择：表表4 4-5.5.温度测量探头选择表温度测量探头选择表 序号序号 1 1 2 2 方案方案 DHT11DHT11 温湿度模块温湿度模块 AM2320AM2320 温湿度温湿度模块模块 方方 案案 说说 明明 测量内容测量内容 温度、湿度 温度、湿度 温度测温度测 量量程量量程 温度 0至 50 湿度 20%至 95%温度-40至 80 湿度 0%至 99.9%测量测量 精度精度 温度2，湿度5%温度0.5，湿度3%成本成本 6 元 8.6 元 可行性得分可行性得分 3 3 5 5 可靠性得分可靠性得分 5 5 5 5 经经济性得分济性得分 5 5 5 5 实用性得分实用性得分 3 3 5 5 综合得分综合得分 1616 2020 选定方案选定方案 否否 是是 负责人负责人 曹立宁曹立宁 检查时间检查时间 2016.82016.8 -21-制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 8 月 20 日 选择：DHT11 虽然可以同时测量温度和湿度，但是其本身温度测量范围不能测 0 度以下，温湿度的测量区间都较小，因此不予选择。由于价钱相差不大，我们最后选择了测量范围区间更大的 AM2320 模块。（3）风速传感器的选择 如何选择风速传感器，首先需要对风速有个定量的认识（如表 4-6）：表表4 4-6.6.风速对照表风速对照表 风级风级 名称名称 风速风速(m/s)(m/s)陆地地面物象陆地地面物象 海面波浪海面波浪 0 0 无风 0.0-0.2 静，烟直上 平静 1 1 软风 0.3-1.6 烟示风向 微波峰无飞沫 2 2 轻风 1.6-3.4 感觉有风 小波峰未破碎 3 3 微风 3.4-5.5 旌旗展开 小波峰顶破裂 4 4 和风 5.5-8.0 吹起尘土 小浪白沫波峰 5 5 清风 8.0-10.8 小树摇摆 中浪折沫峰群 6 6 强风 10.8-13.9 电线有声 大浪白沫离峰 7 7 劲风（疾风）13.9-17.2 步行困难 破峰白沫成条 8 8 大风 17.2-20.8 折毁树枝 浪长高有浪花 9 9 烈风 20.8-24.5 小损房屋 浪峰倒卷 1010 狂风 24.5-28.5 拔起树木 海浪翻滚咆哮 1111 暴风 28.5-32.6 损毁重大 波峰全呈飞沫 1212 台风（飓风）32.6-37.0 摧毁极大 海浪滔天 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 9 月 5 日 从上面的风速表中可以看出，风速传感器的启动量需要大于0.2m/s，而其精度至少不能小于 0.3m/s，考虑风速的最大等级为 37m/s，所以其最大量程不能小于 37m/s。小组成员到市场上调查了市面上最常用的几种风速传感器的型号，并进行了选择（如表 4-7）：表表4 4-7.7.风速传感器风速传感器选择表选择表 -22-序号序号 1 1 2 2 3 3 方案方案 SYSY-FS2FS2 HYHY-AN80AN80 YGCYGC-FS05FS05 方方 案案 说说 明明 量程量程 0-30 m/s 0-40 m/s 0-40 m/s 精度精度 0.3+0.03V m/s（V表示风速）0.3+0.03V m/s（V 表示风速）0.3+0.03V m/s（V 表示风速）启动量启动量 0.2 m/s 0.2 m/s 0.2 m/s 材质材质 航空铝 塑料 航空铝 防水等级防水等级 IPX4 IPX4 IPX6 工作温度工作温度 -20-60-20-60-20-60 成本成本 157 元 115 元 188 元 可行性得分可行性得分 1 1 3 3 5 5 可靠性得分可靠性得分 3 3 3 3 5 5 经济性得分经济性得分 3 3 5 5 3 3 实用性得分实用性得分 3 3 3 3 5 5 综合得分综合得分 1010 1313 1818 选定选定 方案方案 否否 否否 是是 负责人负责人 李鹏飞李鹏飞 检查时间检查时间 2016.92016.9 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 9 月 5 日 选择：经过对比，第一种风速传感器量程达不到要求，第二种在防水等-23-级上只有 IPX4，并且考虑到户外长期使用时，阳光照射会使塑料制品的寿命下降，所以最后选择了第三种 YGC-FS05 作为我们的方案。（4）风向传感器的选择 小组成员到市场上调查了市面上最常用的几种风向传感器的型号，并进行了选择（如表 4-8）：表表4 4-8.8.风向传感器选择表风向传感器选择表 序号序号 1 1 2 2 3 3 方案方案 SYSY-FXFX1414 TITI-FXFX1 1 YGCYGC-FXFX1111 方方 案案 说说 明明 量程量程 0-359 度 0-359 度 0-359 度 精度精度 1.4 度 0.5 度 2 度 启动量启动量 0.2 m/s 0.2 m/s 0.2 m/s 材质材质 航空铝 航空铝 航空铝 防水等级防水等级 IPX4 IPX6 IPX6 工作温度工作温度 -30-60-30-60-30-60 成本成本 290 元 400 元 239 元 选定选定 方案方案 否否 否否 是是 可行性得分可行性得分 5 5 5 5 5 5 可靠性得分可靠性得分 3 3 5 5 5 5 -24-经济性得分经济性得分 5 5 3 3 5 5 实用性得分实用性得分 3 3 3 3 5 5 综合得分综合得分 1616 1616 2020 选定选定 方案方案 否否 否否 是是 负责人负责人 关远关远 检查时间检查时间 2016.92016.9 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 9 月 10 日 选择：三种风速传感器经过对比，他们的量程和启动量都能满足要求，但是第一种风向传感器防水等级较低，第二种风向传感器相比第三种具有更高的精度，价钱更昂贵，但是我们要求的精度并不高，所以最后选择了第三种作为我们选择的方案。（5）雨量传感器的选择 如何选择雨量传感器，首先需要对降雨量有个定量的认识（如表4-9）：表表4 4-9.9.雨量传感器选择表雨量传感器选择表 降水等级用语降水等级用语 1 1 小时降水总量小时降水总量 (毫米毫米)1212 小时降水总量小时降水总量 (毫米毫米)毛毛雨、小雨、阵雨毛毛雨、小雨、阵雨 0.1-4.9 0.1-9.9 小雨小雨 -中雨中雨 3.0-9.9 5.0-16.9 中雨中雨 5.0-14.9 10.0-24.9 中雨中雨 -大雨大雨 10.0-22.9 17.0-37.9 大雨大雨 15.0-29.9 25.0-49.9 大雨大雨 -暴雨暴雨 23.0-49.9 38.0-74.9 暴雨暴雨 30.0-69.9 50.0-99.9 暴雨暴雨 -大暴雨大暴雨 50.0-104.9 75.0-174.9 大暴雨大暴雨 70.0-139.9 100.0-249.9 大暴雨大暴雨-特大暴雨特大暴雨 105.0-169.9 175.0-299.9 特大暴雨特大暴雨 =140.0=250.0 注注：盛雨容器的：盛雨容器的口径口径 20cm20cm -25-制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 9 月 20 日 小组成员到市场上调查了市面上最常用的几种雨量传感器的型号，并进行了选择（如表 4-10）：表表4 4-10.10.雨量传感器选择表雨量传感器选择表 序号序号 1 1 2 2 方案方案 TPYTPY-YL20YL20 PGPG-210210 方方 案案 说说 明明 量程量程 8mm/min 8mm/min 精度精度 0.2mm 0.2mm 误差误差 3%2%口径口径 20cm20cm 20cm20cm 材质材质 高分子材料 不锈钢 工作温度工作温度 -20-80-20-80 成本成本 480 元 890 元 可行性得分可行性得分 5 5 5 5 可靠性得分可靠性得分 5 5 5 5 经济性得分经济性得分 5 5 3 3 实用性得分实用性得分 5 5 3 3 综合得分综合得分 2020 1616 -26-选定方案选定方案 是是 否否 负责人负责人 赵天娥赵天娥 检查时间检查时间 2016.92016.9 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 9 月 20 日 选择：两种雨量传感器在量程和精度上都能满足我们的要求，只是在误差率和材质上有所区别，因为我们的工作不是计量型工作，所以最后我们选择了价格更低但是能满足要求的 TPY-YL20 作为我们选择的方案。（6）供电方式的选择 小组成员到市场上调查了各种气象站的供电方式（如表 4-11）表表4 4-11.11.供电方式选择表供电方式选择表 序号序号 1 1 2 2 方案方案 220V220V 交流适配器供电交流适配器供电 太阳能供电太阳能供电 方方 案案 说说 明明 输入电压输入电压 220V 0 输出电压输出电压 24V 24V 续航能力续航能力 持续 持续 价格价格 45 元 1160 元 可行性得可行性得分分 5 5 5 5 可靠性得可靠性得分分 1 1 5 5 经济性得经济性得5 5 3 3 -27-分分 实用性得实用性得分分 3 3 5 5 综合得分综合得分 1414 1818 选定方案选定方案 否否 是是 负责人负责人 姚娜姚娜 检查时间检查时间 2016.102016.10 制表人：姜凌霄 制表时间：2016 年 10 月 5 日 选择：上述两种方案是一般气象站最常用的供电方式，由于考虑到野外供电的不便利性和持续供电可靠性，常常采用太阳能电池板进行供电.4、气象站支架的选择（1）经市场调查，选择出不锈钢，合金钢材、工程塑料、低碳钢、硬塑料 5 种材料，为研制气象站支架的材料。（2）经对以上 5 种材料的分析（结构强度、弹性模量、价格比）初步选定研制变电站气象站的材料为不锈钢，合金钢材、工程塑料（如表 4-12）表表4 4-12.12.三种方案分析及对比三种方案分析及对比 材质材质 实验验算实验验算 分析结论分析结论 不锈钢不锈钢 1.制作不锈钢材质气象站支架工具，并进行试验 2.同等级结构强度不小于 524MPa，屈服比 0.6 3.单根（50 厘米）重量 0.3 4、弹性模量 35N/cm2 5、以一个 48 元/根单价计算气象站支架工具费用：4.86=288 元 1、结构强度比较：不锈钢工程塑料合金钢材 2、屈服强度比较：工程塑料合