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新型自動氣象站采集器
來源:深圳市氣象局 更新時間:2021-03-26

  新型自動氣象站采集器是自動氣象站的核心,可以外接雨量、溫度、風速、風向、濕度、氣壓、蒸發、地溫等多種氣象要素傳感器。接收到傳感器信號后,再通過自動氣象站采集器進行數據采集、運算、質量控制以及傳輸等。

  新型自動站屬于分布式結構自動氣象站,是基于現代總線技術路線進行設計。按照統一命名DZZx系列型號自動站。

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圖1.自動氣象站采集器

  新型自動氣象(氣候)站基于現代總線技術和嵌入式系統技術構建,采用了國際標準并遵循標準、開放的技術路線進行設計,它由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括采集器(1個主采集器和若干個分采集器)、外部總線、傳感器、外圍設備四部分;軟件包括嵌入式軟件、業務軟件二部分。其總體結構如圖1所示。

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圖2.總線式自動氣象站結構

  其中,溫濕度測量既可以使用溫濕度智能傳感器,也可將溫度、濕度傳感器直接掛接到主采集器上;稱重式降水傳感器既可采用串口方式掛接在主采集器上,也可掛接在氣候分采集器上。

  自動氣象站的核心是基于CAN(Controller Area Network,控制器區域網)總線技術和國際標準CANopen協議進行設計,涉及物理層、數據鏈路層和應用層的標準定義。滿足此定義和功能規格書的主/分采集器具備統一的物理接口和應用接口,從而達到兼容、互換的目的。

  為了實現自動氣象站的最小配置,將基本氣象要素傳感器直接掛接在主采集器上??梢詫ψ詣託庀笳具M行不同的配置,以實現不同觀測任務或滿足不同類別氣象觀測站的需要,以最大限度地方便維護和降低維護成本。

  在已建自動氣象站擴展新的測量要素或增加傳感器時,不需要對系統已有的傳感器連接、布線作改動,只需要將新的分采集器和/或傳感器加入到系統中,并進行簡單的軟件升級/配置。

  外圍設備主要包括電源、[終端]微機、通信接口和外存儲器。

  主采集器是自動氣象站的核心,由硬件和嵌入式軟件組成。硬件包含高性能的嵌入式處理器、高精度的 A/D 電路、高精度的實時時鐘電路、大容量的程序和數據存儲器、傳感器接口、通信接口、CAN總線接口、外接存儲器接口、以太網接口、監測電路、指示燈等,硬件系統能夠支持嵌入式實時操作系統的運行。其結構框如圖3所示。

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圖3.自動氣象站主采集器結構

  主采集器嵌入式處理器的選取還應滿足下列要求:

  a) 綜合考慮速度、功耗、環境要求,能支持嵌入式實時操作系統的運行并具有內置的 Watchdog 功能,采用當前市場主流ARM9系列的32位處理器;

  b) 選擇 16 位以上的 A/D 轉換電路,以滿足傳感器的測量要求;

  c) 實時時鐘電路能保證誤差 15s/月的要求;

  d) 程序存儲器為非易失性的,容量滿足嵌入式軟件的容量要求,并具有 50% 的余量;

  e) 數據存儲器為非易失性的,容量滿足數據存儲的要求,并具有 50% 的余量;

  f) RAM滿足嵌入式軟件的運行要求,并且有 30% 的余量。

  主采集器直接掛接的傳感器包括:氣溫、濕度、氣壓、降水量(翻斗或容柵式、大翻斗式)、風向(10m高度)、風速(10m高度)、總輻射、蒸發和能見度。其通道配置要求如表1所示。

表1 主采集器接入傳感器通道配置要求

傳感器類型

通道類型

數量

氣溫

模擬(鉑電阻)

1

濕度

模擬(電壓)

1

氣壓

RS232

1

風向

數字(7位格雷碼)

1

風速

數字(頻率)

1

降水量

數字(計數)

1

總輻射

模擬(差分電壓)

1

能見度

RS485或RS232

1

蒸發量

模擬(電流)

1

稱重降水

RS485或RS232

1

漸近開關

數字(電平)

1

表2 主采集器通信接口配置要求

通信接口

用途

數量

CAN

主、分采集器通信

1

RS   232

終端操作

2

RS   232

GPS對時

1

RS   485

業務計算機通信

1

RJ   45

網絡通信

1

  主采集器應具備外接存儲器,包括:

  ●1 個CF 卡;

  2 個USB。

  主采集器應具備監測電路,包括:

  主板溫度測量;

  主板電源測量;

  交流供電檢測;

  主采集器機箱門狀態檢測。

  主采集器應具備指示燈,包括:

  系統指示燈(秒閃);

  CF 卡指示燈。

  在線編程接口應包括:RS 232或RJ 45。

  主采集器的主要有兩大功能:一是完成基本氣象要素傳感器和各個分采集器的采樣數據,對采樣數據進行控制運算、數據計算處理、數據質量控制、數據記錄存儲,實現數據通信和傳輸,與終端微機或遠程數據中心進行交互;二是擔當管理者角色,對構成自動氣象站的其他分采集器進行管理,包括網絡管理、運行管理、配置管理、時鐘管理等以協同完成自動氣象站的功能。

  備份自動氣象站采集器是作為新型自動氣象站的熱備份,可以外接雨量、溫度、風速、風向、濕度、氣壓、蒸發、地溫等多種氣象要素傳感器。接收到傳感器信號后,再通過自動氣象站采集器進行數據采集、運算、質量控制以及傳輸等。



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