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摘 要 在实际工作中，由于自动站更新快，各种人为和环境因素造成自动站故障频发，严重影响了阿坝州气象数据的正常采集与传输。基于此，结合自动站各系统的原理，通过对自动站常见故障的修复经验的分析提炼，总结出了一诊、二查、三排除和排除法、比较法、就近法相结合的自动站故障排除处理方法，有效提高了阿坝州常规自动站的故障修复效率。以下总结的一些经验供同行交流探讨。
关键词 CAWS600型自动站；传感器；流程图；故障分析
中图分类号：P415.12 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）30--04
1 概述
目前，阿坝州常规测报使用的是CAWS600型自动气象站，主要由传感器、数据采集系统、供电系统、主控微机和通讯接口等部分组成。CAWS600型自动站室外部分有：温度、湿度、气压（采集器机箱内）、地温、风向风速、雨量、辐射和蒸发等传感器，供电系统和CAWS600数据采集器及前置机。室内部分主要有：主机、打印机和UPS不间断电源等。自动站的数据采集工作是通过微处理器进行实时控制和采集处理实现的[1]。各传感器的感应元件随着气象要素的变化，使相应传感器输出的电量产生变化，这种变化由数据采集器所采集，并进行线性化和定标处理，既可通过模数转换实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，获取各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中，也可通过标准RS232通信口传送到主控微机中，并实时显示[2]。
2 常见故障分析与处理
为了便于分析故障，把自动站常见故障分为2种类型。故障类型1：无数据采集型（表现为数据全无或者间断性无法采集到数据）。故障类型2：数据异常软故障型（表现为传感器或采集器工作异常，时断时续或者不完整）。
2.1 电源系统故障分析
2.1.1 电源系统原理
自动站采集器电源是直接从2节蓄电池获取供电的，可以使电源干扰大为降低。通电时，先开直流开关，再开空气开关；断电时，先关空气开关，再关直流开关。在交流电断电的情况下，蓄电池可以给采集器供电2～3 d。开启电压12.3 V开始输出（工作），关闭电压11.9 V，关闭输出开始充电12.7 V，停止充电14.7 V。
2.1.2 电源系统常见故障及分析处理
常见的电源系统故障类型1和故障类型2。故障类型1诊断处理方法：首先查看位于输出线上的输出保险管是否正常，然后查看连接线路情况，查看空气开关是否打开，电源变换器是否正常，若打开电源开关指示灯不亮一般为供电系统12 V电源未供上（需要检查时，最好关闭开关、断开交流电源线，再顺序检查输入、控制、输出等）。故障类型2诊断处理方法：首先检查保险管，电源输出过低或过高，均会导致数据异常。
2.1.3 典型事例分析
事例1：某站计算机软件多次间断性地出现无任何数据的情况，之后几分钟能从采集器上卸载数据。
诊断处理方法。一诊：本例不难判断出故障属于故障类型1，故障应该是在采集器到计算机之间。二查：进行分段按流程检查、检测，先检查采集器、计算机和各传感器，然后检查电源。三排除：根据检查结果排除故障范围，本例最终发现指示灯时亮时不亮时，12 V供电偏低，不足11 V，更换DY-01问题即解决。这个实例也是电源影响采集器的常见故障之一。
事例2：某站出现多次间断性无数据。
诊断处理方法如下。一诊：故障出在哪一部位，本例同上属于故障类型1。二查：按流程排查，采集器传感器和电源均正常，而采集器间断性地出现重启或者关闭状态，此时检查电源接头发现接头松动，造成接触不良。三排除：发现接头松动接着排除其他故障原因，接好接头数据恢复正常。这也是阿坝州自动站常见故障之一。
2.1.4 电源系统检查流程
电源系统故障排查流程见图1。
2.2 通讯系统故障分析
2.2.1 通讯系统工作原理
CAWS-QJ01通讯预处理单元通过RS-232C标准串行通讯口与主机和采集单元通讯。根据主控机的要求把预处理后的数据传到主机，为功能强大的主控机后处理提供可靠的保证。
2.2.2 通讯系统常见故障及分析处理
常见的通信系统故障大部分属于故障类型1。电源正常，无法采集到数据，常见通讯电缆接头接触不良，主要是接头处松动、通讯口和采集器芯片损坏以及时钟不准所造成。
2.2.3 事例分析
事例1：某站电源正常，但是没有数据。
诊断处理方法如下。一诊：先判断故障属于故障类型1。二查：检查确定传感器采集器和电源均正常，故障集中在通信线路上，且线路接头都没有问题。三排除：最后检查线路发现通讯线被老鼠咬断所致。
事例2：某站自动站软件上所有数据都没有，重新启动软件，每次运行到30%时即不再运行。
诊断处理方法如下。一诊：首先诊断故障属于故障类型1。二查：检查采集器是否正常，灯是否3 s一闪，然后检查通讯线路。如果是采集器没有问题，应当去掉串口隔离器。三排除：如去掉窗口隔离器后软件恢复正常，则排除其他环节确定是串口隔离器的问题，更换串口隔离器；如果仍未恢复正常，则排除其他环节确定是电脑串口的问题，更换电脑串口。本例是阿坝州许多自动站多发故障之一。其主要原因是接口受雷击或者降水影响造成，建议厂家提高接口质量并注意定期检查保养。
2.2.4 通讯系统故障排查流程
通信系统故障排查流程见图2。
2.3 单要素和传感器故障分析
2.3.1 单要素基本组成
温湿传感器：温湿传感器同时测量空气温度和相对湿度。气压传感器：PTB220是完全补偿的数字气压表，具有较宽的工作温度和气压测量范围。雨量传感器：SL3-1雨量传感器用来测量地面降雨量。风速传感器：EL15-2C是红外切割产生脉冲信号的传感器。风向传感器：EL15-2E是低启动风速的光电风向传感器。蒸发传感器：AG1-2蒸发传感器由超声波传感器和不锈钢圆筒架组成。地温传感器：测量原理是铂导体电阻值随温度升高而增加的特性。 2.3.2 单要素和传感器常见故障及分析处理
常见的各要素故障类型1和故障类型2。
（1）温度故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：取下温度传感器在防雷板上的插头（防雷板1～4号线），用万用表电阻200 Ω档量取，测量温度传感器标号1、2端之间的电阻值是否在1～8 Ω，3、4端之间的电阻值是否也在1～8 Ω（内阻R内），1、3或者2、4端之间的电阻值是否在80～120 Ω（外阻R）。若以上测量中，有一项指标超出范围，应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量。如果以上测量均不能满足要求，则应更换温度传感器。
温度计算公式：T=（R-R内-100）/0.385
（2）湿度故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电压20 VDC档测量，防雷板6、7脚之间电压应为12VDC左右。取下湿度传感器在防雷板上的插头（防雷板5号线），注意该插头不要与其他插头短路，用万用表电压20 VDC档测量，湿度传感器信号插头第5脚与防雷板第7脚之间的电压应为0～1 VDC（V），相对应的相对湿度为100%RH。若测量中，指标超出范围，则应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量。如果以上测量均不能满足要求，则应更换湿度传感器。
湿度计算公式：H=V*100%
（3）气压故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电压20VDC档量取气压传感器信号端，对CAWS600-B型机，接在DT50模拟通道3+、3-端口之间电压应为0～2.5VDC（V）。取下气压传感器接头，用万用表电压20 VDC档测量气压传感器接头供电，第7脚与第9脚之间的电压应为12 VDC左右。如果以上测量均不能满足要求，更换气压传感器。
气压计算公式：P=（1200/5）V+500
（4）雨量故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用量杯量取10 mL水缓慢注入雨量筒承水器，察看显示值是否为15.6 mm降雨量，直接用手翻动计数翻斗，用万用表电阻导通档量取输出信号，导通次数与反动次数是否一致，否则更换干簧管。
（5）风速故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电阻20 VDC电压档量取，防雷板标号15端与16端之间的电压值是否在12 V左右，逐级量值至横臂接线盒处，用万用表电阻20 VDC电压档量取，防雷板标号14端与16端之间的电压值是否在6 V左右（V），逐级量值至横臂接线盒处。如果以上测量均不能满足要求，则应更换风速传感器。
风速计算公式：S=75/11.5*V
（6）风向故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电阻20 VDC电压档量取：防雷板标号15端与16端之间的电压值是否在12 V左右，逐级量值至横臂接线盒处，用万用表电阻20 VDC电压档量取，防雷板标号17端与16端之间的电压值是否在0～2.5 V（V），逐级量值至横臂接线盒处。如果以上测量均不能满足要求，则应更换风向传感器。
风向计算公式：D=360/2.5*V
（7）蒸发故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电流200 mA档量取，蒸发信号线（防雷板第26脚）的电流应为4～20 mA，或用万用表电流20 V档量取，蒸发信号线（防雷板第26脚）与地（防雷板第28脚）之间的电压应为0.3～2.1 V。用万用表电流20 V档量取蒸发传感器供电是否为12 VDC左右。如果以上检查中任意一项不满足要求，应更换蒸发传感器。
（8）地温故障类型1。诊断处理方法：这种情况很有可能是地温变送器电路板故障所致，检查时可将地温传感器信号插头取下（防雷板18～21端口），并将空气温度传感器插头（防雷板1～4端口）取下，插入地温传感器插座内。地温故障类型2。诊断处理方法：这种情况可能是地温变送器受到干扰造成的。也有可能是该传感器位于CAWS-BS01地温变送器的接线端松动，请检查并拧固。还有一种可能是人工观测与仪器测量的对象毕竟不是同一个对象，一般来说地温场的恒定是一个长期的过程，土壤松紧程度及土质等因素对其都会有一定的影响，这是最常见的一种情况。如果传感器本身不稳定或者各级连接线接触不良也会测量超差，所以请仔细观察一下它的波动范围，如果连续的一段过程上下波动比较大，有可能就是这个原因引起的。
2.3.3 典型事例分析
事例1：某站出现地温5 cm缺测，其他地温全部正常。
诊断处理方法如下。一诊：先判断是故障类型1。二查：检查电源通讯一切正常，地温变送器也没有问题，这时将地温变送器上5 cm地温和10 cm地温的4根数据线互换发现，此时5 cm地温出现数值和前面10 cm一样，而10 cm缺测。三排除：通过此法可以判断出5 cm地温传感器需要更换。本例归纳为比较法：利用地温传感器原理相同进行互换，不需要按照常规的检测方法去检查传感器，节约成本找出故障传感器的问题，从而达到排除故障目的。
事例2：某站持续大风，最大风速26 m/s，风向、风速突然均不正常，风向239°，风速0.0 m/s。
诊断处理方法如下。一诊：先判断是故障类型2。二查：因考虑到可能是风大原因引起风向、风速不正常，应该是室外仪器故障，并且判断应该不是风向、风速传感器问题，因为二者同时出现故障可能性较低，故推断为风电缆故障。三排除：放下风杆，重新拔插10芯电缆插头，排除故障，风正常，说明插头故障。这种单个要素通过经验就近排除的方法可以不用死板的应用检查流程从电源系统，通讯系统等一一排除的方法来查找故障，这样在实际操作中更节约时间和资源。本例归纳为就近法。
2.3.4 单要素检查流程
以地温为例的归纳检查流程见图3。
3 小结
目前，全州要求基本基准站双套站平稳运行，一般站正处于CAWS600型过渡到DZZ5新型自动站的关键时候，所以CAWS600型自动站的故障排除和维护维修成为我们的必修课。本文针对自动站的原理、传感器的原理，结合日常工作归纳出以下几点经验：排查故障首先要通过故障现象确定故障是哪一类型，本文将其概括为故障型类1、故障类型2；本文结合工作经验总结出了一诊、二查、三排除的方法，不断缩小故障范围，具有较强的实用性；排查故障流程图是必不可少的工具；在检查测试过程中总结出了排除法、比较法、就近法三种简单的方法，其中比较法和就近法适用于特殊情况的单个要素出现的故障排查。
参考文献
[1]甘肃省气象局.CAWS600型自动气象站硬件原理及维护维修技术培训教材[S].2007.
[2]王国华，高建英，单欣慰，等.浅谈CAWS600-B型自动气象站的日常维护[J].现代农业科技，2011（10）.
（责任编辑：刘昀）
关键词 CAWS600型自动站；传感器；流程图；故障分析
中图分类号：P415.12 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）30--04
1 概述
目前，阿坝州常规测报使用的是CAWS600型自动气象站，主要由传感器、数据采集系统、供电系统、主控微机和通讯接口等部分组成。CAWS600型自动站室外部分有：温度、湿度、气压（采集器机箱内）、地温、风向风速、雨量、辐射和蒸发等传感器，供电系统和CAWS600数据采集器及前置机。室内部分主要有：主机、打印机和UPS不间断电源等。自动站的数据采集工作是通过微处理器进行实时控制和采集处理实现的[1]。各传感器的感应元件随着气象要素的变化，使相应传感器输出的电量产生变化，这种变化由数据采集器所采集，并进行线性化和定标处理，既可通过模数转换实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，获取各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中，也可通过标准RS232通信口传送到主控微机中，并实时显示[2]。
2 常见故障分析与处理
为了便于分析故障，把自动站常见故障分为2种类型。故障类型1：无数据采集型（表现为数据全无或者间断性无法采集到数据）。故障类型2：数据异常软故障型（表现为传感器或采集器工作异常，时断时续或者不完整）。
2.1 电源系统故障分析
2.1.1 电源系统原理
自动站采集器电源是直接从2节蓄电池获取供电的，可以使电源干扰大为降低。通电时，先开直流开关，再开空气开关；断电时，先关空气开关，再关直流开关。在交流电断电的情况下，蓄电池可以给采集器供电2～3 d。开启电压12.3 V开始输出（工作），关闭电压11.9 V，关闭输出开始充电12.7 V，停止充电14.7 V。
2.1.2 电源系统常见故障及分析处理
常见的电源系统故障类型1和故障类型2。故障类型1诊断处理方法：首先查看位于输出线上的输出保险管是否正常，然后查看连接线路情况，查看空气开关是否打开，电源变换器是否正常，若打开电源开关指示灯不亮一般为供电系统12 V电源未供上（需要检查时，最好关闭开关、断开交流电源线，再顺序检查输入、控制、输出等）。故障类型2诊断处理方法：首先检查保险管，电源输出过低或过高，均会导致数据异常。
2.1.3 典型事例分析
事例1：某站计算机软件多次间断性地出现无任何数据的情况，之后几分钟能从采集器上卸载数据。
诊断处理方法。一诊：本例不难判断出故障属于故障类型1，故障应该是在采集器到计算机之间。二查：进行分段按流程检查、检测，先检查采集器、计算机和各传感器，然后检查电源。三排除：根据检查结果排除故障范围，本例最终发现指示灯时亮时不亮时，12 V供电偏低，不足11 V，更换DY-01问题即解决。这个实例也是电源影响采集器的常见故障之一。
事例2：某站出现多次间断性无数据。
诊断处理方法如下。一诊：故障出在哪一部位，本例同上属于故障类型1。二查：按流程排查，采集器传感器和电源均正常，而采集器间断性地出现重启或者关闭状态，此时检查电源接头发现接头松动，造成接触不良。三排除：发现接头松动接着排除其他故障原因，接好接头数据恢复正常。这也是阿坝州自动站常见故障之一。
2.1.4 电源系统检查流程
电源系统故障排查流程见图1。
2.2 通讯系统故障分析
2.2.1 通讯系统工作原理
CAWS-QJ01通讯预处理单元通过RS-232C标准串行通讯口与主机和采集单元通讯。根据主控机的要求把预处理后的数据传到主机，为功能强大的主控机后处理提供可靠的保证。
2.2.2 通讯系统常见故障及分析处理
常见的通信系统故障大部分属于故障类型1。电源正常，无法采集到数据，常见通讯电缆接头接触不良，主要是接头处松动、通讯口和采集器芯片损坏以及时钟不准所造成。
2.2.3 事例分析
事例1：某站电源正常，但是没有数据。
诊断处理方法如下。一诊：先判断故障属于故障类型1。二查：检查确定传感器采集器和电源均正常，故障集中在通信线路上，且线路接头都没有问题。三排除：最后检查线路发现通讯线被老鼠咬断所致。
事例2：某站自动站软件上所有数据都没有，重新启动软件，每次运行到30%时即不再运行。
诊断处理方法如下。一诊：首先诊断故障属于故障类型1。二查：检查采集器是否正常，灯是否3 s一闪，然后检查通讯线路。如果是采集器没有问题，应当去掉串口隔离器。三排除：如去掉窗口隔离器后软件恢复正常，则排除其他环节确定是串口隔离器的问题，更换串口隔离器；如果仍未恢复正常，则排除其他环节确定是电脑串口的问题，更换电脑串口。本例是阿坝州许多自动站多发故障之一。其主要原因是接口受雷击或者降水影响造成，建议厂家提高接口质量并注意定期检查保养。
2.2.4 通讯系统故障排查流程
通信系统故障排查流程见图2。
2.3 单要素和传感器故障分析
2.3.1 单要素基本组成
温湿传感器：温湿传感器同时测量空气温度和相对湿度。气压传感器：PTB220是完全补偿的数字气压表，具有较宽的工作温度和气压测量范围。雨量传感器：SL3-1雨量传感器用来测量地面降雨量。风速传感器：EL15-2C是红外切割产生脉冲信号的传感器。风向传感器：EL15-2E是低启动风速的光电风向传感器。蒸发传感器：AG1-2蒸发传感器由超声波传感器和不锈钢圆筒架组成。地温传感器：测量原理是铂导体电阻值随温度升高而增加的特性。 2.3.2 单要素和传感器常见故障及分析处理
常见的各要素故障类型1和故障类型2。
（1）温度故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：取下温度传感器在防雷板上的插头（防雷板1～4号线），用万用表电阻200 Ω档量取，测量温度传感器标号1、2端之间的电阻值是否在1～8 Ω，3、4端之间的电阻值是否也在1～8 Ω（内阻R内），1、3或者2、4端之间的电阻值是否在80～120 Ω（外阻R）。若以上测量中，有一项指标超出范围，应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量。如果以上测量均不能满足要求，则应更换温度传感器。
温度计算公式：T=（R-R内-100）/0.385
（2）湿度故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电压20 VDC档测量，防雷板6、7脚之间电压应为12VDC左右。取下湿度传感器在防雷板上的插头（防雷板5号线），注意该插头不要与其他插头短路，用万用表电压20 VDC档测量，湿度传感器信号插头第5脚与防雷板第7脚之间的电压应为0～1 VDC（V），相对应的相对湿度为100%RH。若测量中，指标超出范围，则应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量。如果以上测量均不能满足要求，则应更换湿度传感器。
湿度计算公式：H=V*100%
（3）气压故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电压20VDC档量取气压传感器信号端，对CAWS600-B型机，接在DT50模拟通道3+、3-端口之间电压应为0～2.5VDC（V）。取下气压传感器接头，用万用表电压20 VDC档测量气压传感器接头供电，第7脚与第9脚之间的电压应为12 VDC左右。如果以上测量均不能满足要求，更换气压传感器。
气压计算公式：P=（1200/5）V+500
（4）雨量故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用量杯量取10 mL水缓慢注入雨量筒承水器，察看显示值是否为15.6 mm降雨量，直接用手翻动计数翻斗，用万用表电阻导通档量取输出信号，导通次数与反动次数是否一致，否则更换干簧管。
（5）风速故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电阻20 VDC电压档量取，防雷板标号15端与16端之间的电压值是否在12 V左右，逐级量值至横臂接线盒处，用万用表电阻20 VDC电压档量取，防雷板标号14端与16端之间的电压值是否在6 V左右（V），逐级量值至横臂接线盒处。如果以上测量均不能满足要求，则应更换风速传感器。
风速计算公式：S=75/11.5*V
（6）风向故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电阻20 VDC电压档量取：防雷板标号15端与16端之间的电压值是否在12 V左右，逐级量值至横臂接线盒处，用万用表电阻20 VDC电压档量取，防雷板标号17端与16端之间的电压值是否在0～2.5 V（V），逐级量值至横臂接线盒处。如果以上测量均不能满足要求，则应更换风向传感器。
风向计算公式：D=360/2.5*V
（7）蒸发故障类型1和故障类型2。诊断处理方法：用万用表电流200 mA档量取，蒸发信号线（防雷板第26脚）的电流应为4～20 mA，或用万用表电流20 V档量取，蒸发信号线（防雷板第26脚）与地（防雷板第28脚）之间的电压应为0.3～2.1 V。用万用表电流20 V档量取蒸发传感器供电是否为12 VDC左右。如果以上检查中任意一项不满足要求，应更换蒸发传感器。
（8）地温故障类型1。诊断处理方法：这种情况很有可能是地温变送器电路板故障所致，检查时可将地温传感器信号插头取下（防雷板18～21端口），并将空气温度传感器插头（防雷板1～4端口）取下，插入地温传感器插座内。地温故障类型2。诊断处理方法：这种情况可能是地温变送器受到干扰造成的。也有可能是该传感器位于CAWS-BS01地温变送器的接线端松动，请检查并拧固。还有一种可能是人工观测与仪器测量的对象毕竟不是同一个对象，一般来说地温场的恒定是一个长期的过程，土壤松紧程度及土质等因素对其都会有一定的影响，这是最常见的一种情况。如果传感器本身不稳定或者各级连接线接触不良也会测量超差，所以请仔细观察一下它的波动范围，如果连续的一段过程上下波动比较大，有可能就是这个原因引起的。
2.3.3 典型事例分析
事例1：某站出现地温5 cm缺测，其他地温全部正常。
诊断处理方法如下。一诊：先判断是故障类型1。二查：检查电源通讯一切正常，地温变送器也没有问题，这时将地温变送器上5 cm地温和10 cm地温的4根数据线互换发现，此时5 cm地温出现数值和前面10 cm一样，而10 cm缺测。三排除：通过此法可以判断出5 cm地温传感器需要更换。本例归纳为比较法：利用地温传感器原理相同进行互换，不需要按照常规的检测方法去检查传感器，节约成本找出故障传感器的问题，从而达到排除故障目的。
事例2：某站持续大风，最大风速26 m/s，风向、风速突然均不正常，风向239°，风速0.0 m/s。
诊断处理方法如下。一诊：先判断是故障类型2。二查：因考虑到可能是风大原因引起风向、风速不正常，应该是室外仪器故障，并且判断应该不是风向、风速传感器问题，因为二者同时出现故障可能性较低，故推断为风电缆故障。三排除：放下风杆，重新拔插10芯电缆插头，排除故障，风正常，说明插头故障。这种单个要素通过经验就近排除的方法可以不用死板的应用检查流程从电源系统，通讯系统等一一排除的方法来查找故障，这样在实际操作中更节约时间和资源。本例归纳为就近法。
2.3.4 单要素检查流程
以地温为例的归纳检查流程见图3。
3 小结
目前，全州要求基本基准站双套站平稳运行，一般站正处于CAWS600型过渡到DZZ5新型自动站的关键时候，所以CAWS600型自动站的故障排除和维护维修成为我们的必修课。本文针对自动站的原理、传感器的原理，结合日常工作归纳出以下几点经验：排查故障首先要通过故障现象确定故障是哪一类型，本文将其概括为故障型类1、故障类型2；本文结合工作经验总结出了一诊、二查、三排除的方法，不断缩小故障范围，具有较强的实用性；排查故障流程图是必不可少的工具；在检查测试过程中总结出了排除法、比较法、就近法三种简单的方法，其中比较法和就近法适用于特殊情况的单个要素出现的故障排查。
参考文献
[1]甘肃省气象局.CAWS600型自动气象站硬件原理及维护维修技术培训教材[S].2007.
[2]王国华，高建英，单欣慰，等.浅谈CAWS600-B型自动气象站的日常维护[J].现代农业科技，2011（10）.
（责任编辑：刘昀）