導(dǎo)語：自動(dòng)化氣象設(shè)備校準(zhǔn)系統(tǒng)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章主要研究地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)，通過RS232轉(zhuǎn)WIFI通信模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)和核查，使校準(zhǔn)核查工作更加規(guī)范，為自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提供了有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站；自動(dòng)化；校準(zhǔn)系統(tǒng)；裝備保障

自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性已經(jīng)引起各級(jí)氣象部門的高度重視，按照中國氣象局要求，每年都要開展計(jì)量檢定。從2012~2017年，中國氣象局利用山洪建設(shè)等項(xiàng)目為全國300多個(gè)地市氣象局配備了移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，為全國各地市開展自動(dòng)氣象站的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和核查提供了條件。地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)都是一些獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)器具和設(shè)備，技術(shù)人員使用起來比較麻煩，操作上也很不規(guī)范。2015年，中國氣象局綜合觀測(cè)司下發(fā)了《區(qū)域自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)核查方法（試行）》，為自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)核查提供了技術(shù)指導(dǎo)。伴隨著氣象觀測(cè)設(shè)備自動(dòng)化的成熟與普及，目前中國氣象局正提出實(shí)現(xiàn)裝備保障的信息化和自動(dòng)化想法，如果能依據(jù)中國氣象局下發(fā)的核查方法，通過一個(gè)集成的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)核查標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量傳感器以及采集器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和核查的自動(dòng)化管理，具有十分重要的意義。

1系統(tǒng)技術(shù)路線

本項(xiàng)目主要研究地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行控制，按照規(guī)定的業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站的檢定和核查。通過主控電腦和分控器無線連接，自動(dòng)控制各要素的校準(zhǔn)或核查設(shè)備，實(shí)現(xiàn)區(qū)域自動(dòng)氣象站實(shí)驗(yàn)室檢定和現(xiàn)場(chǎng)核查的自動(dòng)化操作，從而完成檢定和核查的自動(dòng)化管理與數(shù)據(jù)交互。地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)維修系統(tǒng)具備溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量傳感器及采集器的校準(zhǔn)或核查設(shè)備，各設(shè)備均具有RS232通信接口，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成關(guān)鍵是要掌握各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)器的通信技術(shù)，通過控制器（RS232轉(zhuǎn)無線WIFI模塊）實(shí)現(xiàn)主控單元與各要素計(jì)量檢定單元之間的無線自適應(yīng)組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)主控單元對(duì)各校準(zhǔn)和核查設(shè)備的自動(dòng)控制，完成各要素的自動(dòng)校準(zhǔn)和核查。系統(tǒng)包括主控單元、采集器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)設(shè)備、溫度計(jì)量核查設(shè)備、濕度計(jì)量核查設(shè)備、雨量計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、風(fēng)計(jì)量核查設(shè)備，系統(tǒng)之間通過控制器進(jìn)行連接。各標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)器通過工作臺(tái)進(jìn)行組合，使之形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，方便對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)器的管理。主控單元上的控制軟件能實(shí)時(shí)控制校準(zhǔn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和核查的環(huán)境條件，如進(jìn)行溫度校準(zhǔn)（核查）時(shí)參加檢定規(guī)程或核查規(guī)范控制干體爐調(diào)節(jié)到所需要的校準(zhǔn)溫度點(diǎn)，按要求讀取標(biāo)準(zhǔn)器和傳感器的溫度數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)比對(duì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)和核查。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟無線通信技術(shù)，配備高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性的測(cè)量設(shè)備與一體化控制管理軟件，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)氣象站溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量傳感器的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量核查校準(zhǔn)的自動(dòng)化管理。各計(jì)量檢定設(shè)備通過無線通信控制器完成各要素計(jì)量檢定單元與主控單元的自適應(yīng)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各要素現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量檢定的無線控制。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量檢定流程對(duì)各要素傳感器以及采集器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查校準(zhǔn)，并完成結(jié)果判定，報(bào)表生成打印等操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主控軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)維修系統(tǒng)在主控單元中配備了專業(yè)定制開發(fā)的移動(dòng)計(jì)量核查校準(zhǔn)控制系統(tǒng)軟件。該軟件通過模塊化的架構(gòu)設(shè)計(jì)，以多線程技術(shù)手段予以實(shí)現(xiàn)，配以簡(jiǎn)潔明了的用戶交互界面。操作簡(jiǎn)便快捷，幫助現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員最快速地完成計(jì)量檢定測(cè)試工作。軟件主要功能包括：（1）溫度計(jì)量核查：系統(tǒng)設(shè)定溫度核查點(diǎn)為-20、0、50℃。用戶通過開始按鈕一鍵完成三個(gè)點(diǎn)的核查測(cè)試。（2）濕度計(jì)量核查：系統(tǒng)設(shè)定溫度核查點(diǎn)為10%、60%、95%。用戶通過開始按鈕一鍵完成三個(gè)點(diǎn)的核查測(cè)試。（3）氣壓計(jì)量核查：系統(tǒng)設(shè)定氣壓核查點(diǎn)為600、800、1050hPa。用戶通過開始按鈕一鍵完成三個(gè)點(diǎn)的核查測(cè)試。（4）雨量校準(zhǔn)：用戶設(shè)定好流量以及流速后，通過開始測(cè)試按鈕完成雨量校準(zhǔn)測(cè)試的流程。（5）風(fēng)速核查：系統(tǒng)設(shè)定風(fēng)速核查點(diǎn)為2、5、10、30m/s。用戶通過開始按鈕一鍵完成四個(gè)點(diǎn)的核查測(cè)試。（6）風(fēng)向核查：系統(tǒng)設(shè)定風(fēng)向核查點(diǎn)為0、121、239°。用戶通過開始按鈕一鍵完成三個(gè)點(diǎn)的核查測(cè)試。（7）啟動(dòng)風(fēng)速核查：用戶調(diào)整好傳感器測(cè)量角度后，通過開始測(cè)試按鈕完成啟動(dòng)風(fēng)速測(cè)試流程。（8）系統(tǒng)參數(shù)管理：系統(tǒng)參數(shù)管理主要包括系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)配置、本地的數(shù)據(jù)參數(shù)配置、遠(yuǎn)程服務(wù)器參數(shù)配置等內(nèi)容，用戶可根據(jù)自身需求配置不同的參數(shù)，使系統(tǒng)滿足使用要求。（9）核查報(bào)表管理功能：用戶可根據(jù)核查類型或設(shè)備編號(hào)對(duì)核查報(bào)表進(jìn)行查詢、查看、打印。2.2系統(tǒng)集控設(shè)備的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)了通用型移動(dòng)計(jì)量核查檢定控制器，該控制器內(nèi)置無線WIFI模塊、藍(lán)牙模塊，與主控單元自組網(wǎng)，快速連接。通過改變撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同要素控制器的設(shè)置，簡(jiǎn)便快捷。控制器內(nèi)部包括1路RJ45接口，2路RS232接口，1路無線WIFI，1路頻率采集端口，WIFI傳輸距離在空曠狀態(tài)下最大可達(dá)280m。WIFI天線可選擇板載或者外置。具有AP、STA、AT+STA三種模式?？刂破骺蓪?shí)現(xiàn)溫度、濕度、氣壓、雨量、示值風(fēng)速、啟動(dòng)風(fēng)速、風(fēng)向及采集器校準(zhǔn)儀8個(gè)單元與主控設(shè)備組網(wǎng)。在使用維護(hù)方面，硬件維護(hù)只需改變撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)不同要素控制器的設(shè)置，簡(jiǎn)便快捷；從電路角度來講，模塊化的設(shè)計(jì)使得線路板的維修和維護(hù)變得更加簡(jiǎn)單。軟件維護(hù)用戶可以通過控制器的串口對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)。設(shè)備通過撥碼開關(guān)選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)備，比如撥碼到“溫度”檔時(shí)，USR_TCP_232_T、U6模塊和P2端口（標(biāo)準(zhǔn)RS232接口）被使能?？刂破魍ㄟ^U6加入主控器的WIFI網(wǎng)絡(luò)中，接收主控器發(fā)來的命令，并解析轉(zhuǎn)化成符合干體爐標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議通過USR_TCP232_T模塊發(fā)送給干體爐。待環(huán)境穩(wěn)定以后，通過P2的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口獲取溫度標(biāo)準(zhǔn)表的標(biāo)準(zhǔn)溫度和被測(cè)溫度，并通過WIFI網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主控器。2.3系統(tǒng)集成工作臺(tái)的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成，設(shè)計(jì)了集成控制工作臺(tái)，方便對(duì)地移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行安裝和操作。工作臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，整體可拼接結(jié)構(gòu)，安裝搬運(yùn)較為便捷；全鋼框架設(shè)計(jì)，保證設(shè)備穩(wěn)定性；機(jī)架底部采用重型可調(diào)平帶輪地腳（福馬腳輪），即輪子可以便于移動(dòng)，地腳起到固定穩(wěn)固作用，同時(shí)可以兼顧機(jī)架調(diào)平功能。配套有商務(wù)臺(tái)式機(jī)與19.5寸寬屏高清顯示器內(nèi)嵌中間柜中；臺(tái)式機(jī)正面露出DVD盤倉位置以及開關(guān)、USB接口，臺(tái)式機(jī)后部接口接到預(yù)留有接口位置，可根據(jù)需要搭配不同模塊；同時(shí)預(yù)留接口設(shè)計(jì)有220VAC電源插座。

3先進(jìn)性與創(chuàng)新性

該系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)設(shè)備的自動(dòng)控制和集成，大大方便了技術(shù)人員對(duì)自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)操作。（1）完成了對(duì)地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的通信技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)控制，提高了校準(zhǔn)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)流程的規(guī)范化。（2）完成了自動(dòng)校準(zhǔn)軟件編制，校準(zhǔn)過程不再需要人工干預(yù)，減少了人為的操作環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)可靠性更高。實(shí)現(xiàn)了與省級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。（3）實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)檢定與室外檢定的有機(jī)結(jié)合。根據(jù)自動(dòng)站校準(zhǔn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的自動(dòng)化工作臺(tái)方便室內(nèi)檢定，設(shè)備又可直接拿到室外校準(zhǔn)，方便了自動(dòng)站校準(zhǔn)工作的開展。

4結(jié)語

通過該系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地市級(jí)移動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，保證了自動(dòng)氣象站核查和校準(zhǔn)工作無須人工干預(yù)，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化操作，對(duì)于提高自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，確保為自動(dòng)氣象觀測(cè)在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)警等方面發(fā)揮更加重要的作用。

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作者:李建宇 袁帥 單位:湖南省氣象技術(shù)裝備中心