新型自動氣象站結(jié)構(gòu)特點及安裝注意事項

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確性，介紹了最新研發(fā)的新型自動氣象站應用技術，分析了新型自動氣象站的結(jié)構(gòu)特點和安裝時的注意事項。

關鍵詞：氣象行業(yè)；新型自動站；遠程監(jiān)控；應用技術

中圖分類號：P415.1+2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.127

新型自動氣象站的應用具有高精確度、高穩(wěn)定性和易維護特點，同時，它還具有實施遠程監(jiān)控的能力。綜合設計基于現(xiàn)代總線技術和嵌入式技術構(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計，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)的設備。該設備的硬件主要由傳感器、主采集器、分采集器、外部總線和外圍設備等組成；系統(tǒng)軟件包括采集軟件和地面測報業(yè)務軟件，而各傳感器負責對數(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目有氣壓、溫度、濕度、風向、風速和雨量等要素，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中心站和若干個自動氣象站連接起來的。

2 新型自動氣象站應用技術

2.1 嵌入式系統(tǒng)技術

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任務，并且實時性比較好，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，功能較為強大，能夠完成復雜的數(shù)據(jù)分析工作，并實現(xiàn)計算機功能在數(shù)據(jù)采集器端的處理。豐富的外設處理單元、多種通訊端口，可以方便、實時地處理自動氣象站的通訊數(shù)據(jù)，同時，其還具有遠程訪問功能。

2.2 外部總線技術

外部總線技術是用來連接各個數(shù)據(jù)處理控制、數(shù)據(jù)處理單元，并完成數(shù)據(jù)傳輸、通訊處理任務的。外部總線的功能是實現(xiàn)多個數(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。在實際使用過程中，外部總線的應用方式有很多種，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根線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，用1個通訊控制協(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，實現(xiàn)“一主多從”的通訊方式，最多掛256個設備；而CAN總線屬于常用的標準協(xié)議，通訊速度快，可以實現(xiàn)“多主多從”的通訊方式。

2.3 自檢技術

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

3 新型自動站的結(jié)構(gòu)特點

3.1 主采集器的結(jié)構(gòu)

新型自動氣象站的主采集器負責整個系統(tǒng)控制流程、數(shù)據(jù)處理等，它是整個系統(tǒng)的核心控制單元集，負責接收各分采集器的測量數(shù)據(jù)，并計算、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服務控制臺。該采集器有外接設備，可有效防止其在運行過程中發(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，可以滿足各種負責氣象數(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，由某個分采集器完成相關的數(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總線與采集器實現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)的交換。

4 操作系統(tǒng)注意事項

4.1 安裝注意事項

在安裝過程中，選擇目的文件夾時，不能是“C：/”或“D：/”等，必須在文件夾后跟，比如“D：/OSSMO 2010等，如果計算機已經(jīng)安裝過此軟件，重新安裝時必須還安裝在原來的文件夾中。因為在安裝軟件時，會將軟件安裝路徑和版本信息寫入注冊表，使其成為默認路徑，這也是升級安裝獲取路徑的依據(jù)。在軟件升級時，會使用最新的升級包，并將其安裝在默認的路徑下，文件名為“軟件修改說明txt”，升級時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。當參數(shù)設置完成，軟件正常運行后，要注意備份，并安裝目錄/SysConfig/目錄中的參數(shù)。

4.2 參數(shù)設置注意事項

應將參數(shù)保存在軟件安裝目錄下的“/SysConfig/AWSPara.ini”中，參數(shù)設備應選擇“標準新型站”，默認“采集器自動對時”狀態(tài)為勾選狀態(tài)，與計算機系統(tǒng)時間一致。設置參數(shù)文件和數(shù)據(jù)文件的備份路徑和備份頻率，設置加密上傳數(shù)據(jù)文件的時間間隔。通訊組網(wǎng)接口軟件的自動站組網(wǎng)參數(shù)應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服務器的用戶名和密碼要區(qū)分大小寫；在設置主通道和輔助通道的節(jié)點時要注意，如果只有一個節(jié)點傳輸時，應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，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)設置中有沒有多余的節(jié)點還沒有清空。

〔編輯：白潔〕