鄧新超

摘 要：隨著氣象行業(yè)的發(fā)展，為了提升地面觀測的準(zhǔn)確性，介紹了最新研發(fā)的新型自動氣象站應(yīng)用技術(shù)，分析了新型自動氣象站的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝時(shí)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：氣象行業(yè)；新型自動站；遠(yuǎn)程監(jiān)控；應(yīng)用技術(shù)

中圖分類號：P415.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.127

新型自動氣象站的應(yīng)用具有高精確度、高穩(wěn)定性和易維護(hù)特點(diǎn)，同時(shí)，它還具有實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。綜合設(shè)計(jì)基于現(xiàn)代總線技術(shù)和嵌入式技術(shù)構(gòu)建的自動站，滿足了地面氣象觀測的全面要求，主采集器和分采集器具有統(tǒng)一應(yīng)用接口和物理接口，能夠?qū)崿F(xiàn)互換與兼容的目的。新型自動站采取全要素設(shè)計(jì)，以滿足目前和未來氣象觀測的各種要求。

1 自動氣象站

新型自動氣象站是一種能自動觀測和存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的設(shè)備。該設(shè)備的硬件主要由傳感器、主采集器、分采集器、外部總線和外圍設(shè)備等組成；系統(tǒng)軟件包括采集軟件和地面測報(bào)業(yè)務(wù)軟件，而各傳感器負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的控制、轉(zhuǎn)換和篩選，從而得到最終的氣象要素值。自動站的主要觀測項(xiàng)目有氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和雨量等要素，可每分鐘采集并存儲一組觀測數(shù)據(jù)，采集頻率比較高。自動氣象站網(wǎng)是利用通信電路將一個(gè)中心站和若干個(gè)自動氣象站連接起來的。

2 新型自動氣象站應(yīng)用技術(shù)

2.1 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是以高性能CPU數(shù)據(jù)處理器為核心的處理器，一般是使用32位RISC架構(gòu)的微處理器。它可以高效地處理各項(xiàng)任務(wù)，并且實(shí)時(shí)性比較好，規(guī)模相對較小，所需要的硬件資源也不大，功能也相對比較簡單。片內(nèi)集成有CAN控制器、CF卡接口、USB接口、以太網(wǎng)接口、串行通信接口、RAM存儲器和多媒體接口等，功能較為強(qiáng)大，能夠完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析工作，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)功能在數(shù)據(jù)采集器端的處理。豐富的外設(shè)處理單元、多種通訊端口，可以方便、實(shí)時(shí)地處理自動氣象站的通訊數(shù)據(jù)，同時(shí)，其還具有遠(yuǎn)程訪問功能。

2.2 外部總線技術(shù)

外部總線技術(shù)是用來連接各個(gè)數(shù)據(jù)處理控制、數(shù)據(jù)處理單元，并完成數(shù)據(jù)傳輸、通訊處理任務(wù)的。外部總線的功能是實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)處理控制、數(shù)據(jù)處理單元之間的數(shù)據(jù)通訊，對電氣結(jié)構(gòu)的要求比較簡單，并且數(shù)據(jù)傳輸要具有一定的可靠性。在實(shí)際使用過程中，外部總線的應(yīng)用方式有很多種，使用最多的是RS485方式和CAN總線方式。這兩種方式都是采用2根線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，用1個(gè)通訊控制協(xié)議確保數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性和可靠性。RS485屬于比較通用的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)“一主多從”的通訊方式，最多掛256個(gè)設(shè)備；而CAN總線屬于常用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通訊速度快，可以實(shí)現(xiàn)“多主多從”的通訊方式。

2.3 自檢技術(shù)

為了保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上增加了自檢技術(shù)——看門狗電路和狀態(tài)檢查電路。數(shù)據(jù)采集器硬件具有看門狗電路，可以定時(shí)檢測采集器自身的運(yùn)行情況。如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器運(yùn)行異常或死機(jī)等情況，看門狗電路會自動將數(shù)據(jù)采集器的軟件恢復(fù)到正常狀態(tài)，以保證采集器能夠長期穩(wěn)定地運(yùn)行；狀態(tài)檢查電路可以定時(shí)自動檢測系統(tǒng)電源電壓、通訊狀態(tài)和各傳感器狀態(tài)，并定時(shí)將數(shù)據(jù)信號發(fā)送到終端計(jì)算機(jī)，以便于中心站計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)故障能夠及時(shí)警告。

3 新型自動站的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 主采集器的結(jié)構(gòu)

新型自動氣象站的主采集器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)控制流程、數(shù)據(jù)處理等，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元集，負(fù)責(zé)接收各分采集器的測量數(shù)據(jù)，并計(jì)算、存儲和傳輸處理數(shù)據(jù)。主采集器所配備的通信接口為RS485，采用先進(jìn)的ARM9架構(gòu)的32位CPU，型號為Atmel9263，主要包括指示燈、嵌入式處理器、通信接口、監(jiān)測電路、A/D電路、以太網(wǎng)接口、時(shí)鐘電路、外接存儲器接口、大容量程序、CAN總線接口、傳感器接口和數(shù)據(jù)存儲器，可支持本地通信。借助于以太網(wǎng)接口和本地局域網(wǎng)的有效連接，可以用于現(xiàn)場診斷和提供WEB服務(wù)控制臺。該采集器有外接設(shè)備，可有效防止其在運(yùn)行過程中發(fā)生傳輸故障。另外，觀測人員可以從FC卡中讀取采集的數(shù)據(jù)，或借助于USB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的拷貝選取，大大提高了主采集器的數(shù)據(jù)處理能力。采取不同的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性，可以滿足各種負(fù)責(zé)氣象數(shù)據(jù)探測工作的人員提出的要求。

3.2 分采集器的結(jié)構(gòu)

分采集器采用ARM7架構(gòu)的32位微處理器和單片機(jī)系統(tǒng)，把觀測類型相對一致的觀測要素集中到一起，由某個(gè)分采集器完成相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，并傳送給主采集器。該結(jié)構(gòu)是由硬件和嵌入式軟件兩部分組成的，包括數(shù)據(jù)處理控制器、存儲器、看門狗和CAN總線，借助CAN總線與采集器實(shí)現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)的交換。

4 操作系統(tǒng)注意事項(xiàng)

4.1 安裝注意事項(xiàng)

在安裝過程中，選擇目的文件夾時(shí)，不能是“C：/”或“D：/”等，必須在文件夾后跟，比如“D：/OSSMO 2010等，如果計(jì)算機(jī)已經(jīng)安裝過此軟件，重新安裝時(shí)必須還安裝在原來的文件夾中。因?yàn)樵诎惭b軟件時(shí)，會將軟件安裝路徑和版本信息寫入注冊表，使其成為默認(rèn)路徑，這也是升級安裝獲取路徑的依據(jù)。在軟件升級時(shí)，會使用最新的升級包，并將其安裝在默認(rèn)的路徑下，文件名為“軟件修改說明txt”，升級時(shí)不會自動修改原來的參數(shù)庫數(shù)據(jù)，會保持原來的數(shù)據(jù)文件。當(dāng)參數(shù)設(shè)置完成，軟件正常運(yùn)行后，要注意備份，并安裝目錄/SysConfig/目錄中的參數(shù)。

4.2 參數(shù)設(shè)置注意事項(xiàng)

應(yīng)將參數(shù)保存在軟件安裝目錄下的“/SysConfig/AWSPara.ini”中，參數(shù)設(shè)備應(yīng)選擇“標(biāo)準(zhǔn)新型站”，默認(rèn)“采集器自動對時(shí)”狀態(tài)為勾選狀態(tài)，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間一致。設(shè)置參數(shù)文件和數(shù)據(jù)文件的備份路徑和備份頻率，設(shè)置加密上傳數(shù)據(jù)文件的時(shí)間間隔。通訊組網(wǎng)接口軟件的自動站組網(wǎng)參數(shù)應(yīng)保存在軟件安裝目錄“/Sysconfig/NETSET.ini”中。在此過程中需要注意的是，F(xiàn)TP服務(wù)器的用戶名和密碼要區(qū)分大小寫；在設(shè)置主通道和輔助通道的節(jié)點(diǎn)時(shí)要注意，如果只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)，應(yīng)該將其他傳輸界面全部清空，不然會影響文件的正確傳輸；同時(shí)，還要注意檢查AWSSOURCE目錄中的數(shù)據(jù)文件是否生產(chǎn)新型站的數(shù)據(jù)文件。另外，還要檢查AWSNET目錄中的數(shù)據(jù)文件是否生成，目錄下的數(shù)據(jù)文件是否正常傳輸，傳輸之后，該目錄為清空狀態(tài)；要注意檢查通訊組網(wǎng)接口軟件的參數(shù)設(shè)置中有沒有多余的節(jié)點(diǎn)還沒有清空。

〔編輯：白潔〕