淺談氣象觀測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)通訊

【摘要】科學(xué)技術(shù)日新月異，隨著時(shí)代的變遷，國(guó)內(nèi)民航空管系統(tǒng)氣象部門所采用的氣象實(shí)況要素收集設(shè)備也有了很大的變化。從最初的手工觀測(cè)儀器一直發(fā)展到現(xiàn)在的氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，從采集原理到數(shù)據(jù)通訊，都有了較大的發(fā)展，為觀測(cè)、預(yù)報(bào)、管制等相關(guān)部門提供了風(fēng)向風(fēng)速、溫度、濕度、壓強(qiáng)、能見度等常規(guī)氣象要素，為飛行安全做出了貢獻(xiàn)。本文的側(cè)重點(diǎn)是數(shù)據(jù)通訊傳輸，并以主流氣象設(shè)備芬蘭Vaisala（維薩拉）公司所生產(chǎn)的MIDAS IV型氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)作為例子，以室內(nèi)設(shè)備通訊配置為著重點(diǎn)，進(jìn)行通訊原理的論述。

【關(guān)鍵詞】氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊故障判定

一、引言

無論氣象觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備如何更新和發(fā)展，作為氣象設(shè)備維護(hù)人員，都要對(duì)其根本的數(shù)據(jù)通信原理進(jìn)行詳細(xì)掌握，這樣才能更好的解決數(shù)據(jù)傳輸上的故障。

二、傳輸方式分類

當(dāng)今主流的通信傳輸手段主要分兩大類，有線和無線。下面對(duì)這應(yīng)用最為普遍的有線傳輸進(jìn)行詳細(xì)論述。

有線傳輸?shù)氖褂梅秶喈?dāng)廣泛，包括：調(diào)制解調(diào)、RS-232、RS-485、網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)它們不同的特點(diǎn)，應(yīng)用于不同的場(chǎng)合。

1、調(diào)制解調(diào)。即我們常說的modem，調(diào)制就是用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的某個(gè)或幾個(gè)參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號(hào)傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過程，通過具體的方法從已調(diào)信號(hào)的參量變化中將恢復(fù)原始的基帶信號(hào)。這種傳輸方式十分常見，普通家庭里撥號(hào)上網(wǎng)跟它是同樣的原理。在民航氣象設(shè)備中，它的使用也是很普遍的，例如傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸至室內(nèi)核心單元。MIDAS IV和AMS-II自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備外場(chǎng)采集單元到室內(nèi)服務(wù)器也是采用的該方法。MIDAS IV的室外設(shè)備中，調(diào)制解調(diào)模塊便是DMX501和DXL421，對(duì)應(yīng)室內(nèi)通信單元MCU中的是DMX501。

2、RS-232。RS-232是電子工業(yè)協(xié)會(huì)（Electronic Industries Association，EIA）所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常RS-232接口以9個(gè)引腳（DB-9）或是25個(gè)引腳（DB-25）的型態(tài)出現(xiàn)。對(duì)于一般的通信，僅需要收、發(fā)、地三根線就可以滿足需要。這種傳輸方式也是十分普遍，例如計(jì)算機(jī)上的串口。通常我們用來接入AFTN線路和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。MIDAS IV系統(tǒng)中，外場(chǎng)維護(hù)就是使用維護(hù)線將筆記本的串口與設(shè)備維護(hù)口相連，采用RS-232方式進(jìn)行傳輸，MCU中，也是將DMX501解調(diào)后的數(shù)據(jù)使用RS-232的方式送入端口服務(wù)器TS16。

3、RS-485。RS-485采用了差分信號(hào)負(fù)邏輯，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。該通信方式在MIDAS IV系統(tǒng)中，主要是用于將位于塔臺(tái)管制室的跑道/燈光控制單元與MCU相連以及大氣透射儀發(fā)射和接收端間的通信。另外DE130智能風(fēng)傳感器輸出的也是RS-485信號(hào)。

4、網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)傳輸更加普遍，主要協(xié)議有TCP/IP和UDP。TCP/IP通常是被成為互聯(lián)協(xié)議，因此在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中使用較為普遍，例如氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)室內(nèi)各工作站和服務(wù)器之間就是使用這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。UDP被稱作用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，在MIDAS IV系統(tǒng)中，各傳感器采集到的數(shù)據(jù)，在MCU中，被端口服務(wù)器TS16轉(zhuǎn)換成為UDP數(shù)據(jù)包，然后通過交換機(jī)送至服務(wù)器。

三、傳輸方式轉(zhuǎn)換

氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)中根據(jù)不同的需求，選擇相應(yīng)的傳輸方式和不同傳輸方式之間的轉(zhuǎn)換。外場(chǎng)采集設(shè)備與室內(nèi)設(shè)備之間的距離較遠(yuǎn)，調(diào)解解調(diào)的傳輸距離較RS-232和RS-485遠(yuǎn)，因此會(huì)選擇該傳輸方式。然而通常情況下，外場(chǎng)與室內(nèi)的距離在2～3km以上，調(diào)制解調(diào)傳輸也會(huì)因?yàn)閭鬏斁€阻值過大而會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失情況，因此我們?cè)黾恿斯鈧鬏斣O(shè)備。使用光纖復(fù)用設(shè)備，可以大大降低因線阻過大造成的風(fēng)險(xiǎn)。光復(fù)用設(shè)備需要滿足調(diào)制解調(diào)需要的適當(dāng)增益的2線音頻接口。

塔臺(tái)管制室與MCU之間的距離一般在50m左右，跑道/燈光控制單元使用RS-485協(xié)議就足夠了。常規(guī)智能風(fēng)觀測(cè)設(shè)備與觀測(cè)室距離也在100m之內(nèi)，因此足夠使用其傳感器產(chǎn)生的RS-485信號(hào)傳輸至室內(nèi)終端，然而終端接口一般都是RS-232，因此需要一個(gè)轉(zhuǎn)換模塊將RS-485信號(hào)轉(zhuǎn)換成為RS-232信號(hào)。

四、MCU配置

1、端口配置文件。室內(nèi)通信單元MCU中外場(chǎng)傳感器是由DMX501轉(zhuǎn)換成為RS-232信號(hào)。端口服務(wù)器TS16是將RS-232轉(zhuǎn)換成UDP傳輸方式。MCU中端口設(shè)置，首先需要修改配置文件ports.ini。文件中：“INSTANCES”表示實(shí)例名稱，其中的“NET01=YES”表示端口已啟用；配置端口“LOCATION”表示設(shè)備所在位置，“CLASS=[S]udp”表示傳輸方式為UDP，“LOCALPORT=[I]10001”表示本地端口號(hào)，“REMOTEPORT= [I]2101”表示遠(yuǎn)程端口號(hào)，“REMOTEHOST”遠(yuǎn)端主機(jī)其實(shí)就是TS16的地址。

2、TS16配置。對(duì)TS16的設(shè)置，主要使用IE瀏覽器完成。在IE瀏覽器中輸入TS16的地址（192.168.1.101），打開網(wǎng)頁后能看到TS16的配置頁面。在左邊可以看到有configuration（配置）、applications（應(yīng)用）、management（管理）和administration（管理員）三個(gè)選項(xiàng)。配置串行端口，選擇serial ports，可以看到各個(gè)端口的描述和配置。選擇需要配置的端口，然后可以看到UDP這一項(xiàng)。主要配置UDP的發(fā)送地址和端口。選擇Basic Serial Settings（基本串行設(shè)置）。修改描述，以及波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)碼等。這樣，TS16中串口數(shù)據(jù)的配置就完成了。

3、通訊模塊配置。下面是用Sensor Terminal（傳感器終端）設(shè)置各模塊的參數(shù)。選擇SERVICE進(jìn)行連接。連接SERVICE之后可以刷出系統(tǒng)中傳輸介質(zhì)的使用情況。投入命令“open”回車之后，可以得到mcu中各模塊的信息。可以看到系統(tǒng)中含有DMX501模塊和DSI485模塊的數(shù)量。使用getset命令查看各模塊的配置，setcom命令設(shè)置模塊配置。這個(gè)地方的設(shè)置要與外場(chǎng)設(shè)備中的傳輸模塊的參數(shù)要一致。

這步完成之后，室內(nèi)設(shè)備的通訊配置就全部結(jié)束，然后需要重啟系統(tǒng)服務(wù)，使配置生效。對(duì)于外場(chǎng)設(shè)備，使用筆記本和專用維護(hù)線進(jìn)行連接配置，各個(gè)設(shè)備的連接和配置方法，參看相應(yīng)的技術(shù)說明文檔。

五、結(jié)束語

總體來說，MIDAS IV自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊相對(duì)單一一些，都是比較常見的傳輸模式：RS-232、RS-485、網(wǎng)絡(luò)等。其中還有各種協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。另外，按照當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)的需求，在傳輸鏈路中還需要增加些環(huán)節(jié)。但是萬變不離其宗，基本的通信原理還是一成不變的。因此，氣象設(shè)備維護(hù)人員只有掌握了這些基本的通信協(xié)議，那么氣象觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊問題便迎刃而解，從而可以快速恢復(fù)通訊故障設(shè)備，進(jìn)而提供及時(shí)有效的氣象信息，保障著飛行的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] [K]維薩拉公司.《MIDAS IV系統(tǒng)指南》通訊部分. 2006

[2] [M]陸玉庫等譯.《最新網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議手冊(cè)》.電子工業(yè)出版社. 2007