淺談氣象觀測設備數據通訊

【摘要】科學技術日新月異，隨著時代的變遷，國內民航空管系統氣象部門所采用的氣象實況要素收集設備也有了很大的變化。從最初的手工觀測儀器一直發展到現在的氣象自動觀測系統，從采集原理到數據通訊，都有了較大的發展，為觀測、預報、管制等相關部門提供了風向風速、溫度、濕度、壓強、能見度等常規氣象要素，為飛行安全做出了貢獻。本文的側重點是數據通訊傳輸，并以主流氣象設備芬蘭Vaisala（維薩拉）公司所生產的MIDAS IV型氣象自動觀測系統作為例子，以室內設備通訊配置為著重點，進行通訊原理的論述。

【關鍵詞】氣象自動觀測系統數據通訊故障判定

一、引言

無論氣象觀測系統的設備如何更新和發展，作為氣象設備維護人員，都要對其根本的數據通信原理進行詳細掌握，這樣才能更好的解決數據傳輸上的故障。

二、傳輸方式分類

當今主流的通信傳輸手段主要分兩大類，有線和無線。下面對這應用最為普遍的有線傳輸進行詳細論述。

有線傳輸的使用范圍相當廣泛，包括：調制解調、RS-232、RS-485、網絡等。根據它們不同的特點，應用于不同的場合。

1、調制解調。即我們常說的modem，調制就是用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在其上形成已調信號傳輸，而解調是調制的反過程，通過具體的方法從已調信號的參量變化中將恢復原始的基帶信號。這種傳輸方式十分常見，普通家庭里撥號上網跟它是同樣的原理。在民航氣象設備中，它的使用也是很普遍的，例如傳感器采集到的數據傳輸至室內核心單元。MIDAS IV和AMS-II自動觀測設備外場采集單元到室內服務器也是采用的該方法。MIDAS IV的室外設備中，調制解調模塊便是DMX501和DXL421，對應室內通信單元MCU中的是DMX501。

2、RS-232。RS-232是電子工業協會（Electronic Industries Association，EIA）所制定的異步傳輸標準接口。通常RS-232接口以9個引腳（DB-9）或是25個引腳（DB-25）的型態出現。對于一般的通信，僅需要收、發、地三根線就可以滿足需要。這種傳輸方式也是十分普遍，例如計算機上的串口。通常我們用來接入AFTN線路和設備現場維護。MIDAS IV系統中，外場維護就是使用維護線將筆記本的串口與設備維護口相連，采用RS-232方式進行傳輸，MCU中，也是將DMX501解調后的數據使用RS-232的方式送入端口服務器TS16。

3、RS-485。RS-485采用了差分信號負邏輯，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現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構在同一總線上最多可以掛接32個結點。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。該通信方式在MIDAS IV系統中，主要是用于將位于塔臺管制室的跑道/燈光控制單元與MCU相連以及大氣透射儀發射和接收端間的通信。另外DE130智能風傳感器輸出的也是RS-485信號。

4、網絡。網絡傳輸更加普遍，主要協議有TCP/IP和UDP。TCP/IP通常是被成為互聯協議，因此在互聯網絡中使用較為普遍，例如氣象自動觀測系統室內各工作站和服務器之間就是使用這種方式進行數據傳輸。UDP被稱作用戶數據報協議，在MIDAS IV系統中，各傳感器采集到的數據，在MCU中，被端口服務器TS16轉換成為UDP數據包，然后通過交換機送至服務器。

三、傳輸方式轉換

氣象自動觀測系統中根據不同的需求，選擇相應的傳輸方式和不同傳輸方式之間的轉換。外場采集設備與室內設備之間的距離較遠，調解解調的傳輸距離較RS-232和RS-485遠，因此會選擇該傳輸方式。然而通常情況下，外場與室內的距離在2～3km以上，調制解調傳輸也會因為傳輸線阻值過大而會產生數據丟失情況，因此我們增加了光傳輸設備。使用光纖復用設備，可以大大降低因線阻過大造成的風險。光復用設備需要滿足調制解調需要的適當增益的2線音頻接口。

塔臺管制室與MCU之間的距離一般在50m左右，跑道/燈光控制單元使用RS-485協議就足夠了。常規智能風觀測設備與觀測室距離也在100m之內，因此足夠使用其傳感器產生的RS-485信號傳輸至室內終端，然而終端接口一般都是RS-232，因此需要一個轉換模塊將RS-485信號轉換成為RS-232信號。

四、MCU配置

1、端口配置文件。室內通信單元MCU中外場傳感器是由DMX501轉換成為RS-232信號。端口服務器TS16是將RS-232轉換成UDP傳輸方式。MCU中端口設置，首先需要修改配置文件ports.ini。文件中：“INSTANCES”表示實例名稱，其中的“NET01=YES”表示端口已啟用；配置端口“LOCATION”表示設備所在位置，“CLASS=[S]udp”表示傳輸方式為UDP，“LOCALPORT=[I]10001”表示本地端口號，“REMOTEPORT= [I]2101”表示遠程端口號，“REMOTEHOST”遠端主機其實就是TS16的地址。

2、TS16配置。對TS16的設置，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），打開網頁后能看到TS16的配置頁面。在左邊可以看到有configuration（配置）、applications（應用）、management（管理）和administration（管理員）三個選項。配置串行端口，選擇serial ports，可以看到各個端口的描述和配置。選擇需要配置的端口，然后可以看到UDP這一項。主要配置UDP的發送地址和端口。選擇Basic Serial Settings（基本串行設置）。修改描述，以及波特率、數據位、停止位、校驗碼等。這樣，TS16中串口數據的配置就完成了。

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

這步完成之后，室內設備的通訊配置就全部結束，然后需要重啟系統服務，使配置生效。對于外場設備，使用筆記本和專用維護線進行連接配置，各個設備的連接和配置方法，參看相應的技術說明文檔。

五、結束語

總體來說，MIDAS IV自動觀測系統的數據通訊相對單一一些，都是比較常見的傳輸模式：RS-232、RS-485、網絡等。其中還有各種協議之間的轉換。另外，按照當地機場的需求，在傳輸鏈路中還需要增加些環節。但是萬變不離其宗，基本的通信原理還是一成不變的。因此，氣象設備維護人員只有掌握了這些基本的通信協議，那么氣象觀測設備的數據通訊問題便迎刃而解，從而可以快速恢復通訊故障設備，進而提供及時有效的氣象信息，保障著飛行的安全。

參考文獻

[1] [K]維薩拉公司.《MIDAS IV系統指南》通訊部分. 2006

[2] [M]陸玉庫等譯.《最新網絡通信協議手冊》.電子工業出版社. 2007