導(dǎo)語：地面氣象保障業(yè)務(wù)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。

1綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的功能需求及組成結(jié)構(gòu)

作為地面氣象保障測試儀器，綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的組成結(jié)構(gòu)與氣象觀測傳感器的種類、信號(hào)輸出電參量、信號(hào)源功能有關(guān)[1]。為便于應(yīng)用，信號(hào)輸出通道應(yīng)該為并行輸出通道，也就是每種要素傳感器使用一個(gè)通道，不同要素傳感器信號(hào)可以同時(shí)輸出?？偨Y(jié)目前國內(nèi)主流自動(dòng)氣象站所用傳感器，傳感器類型及輸出信號(hào)種類如表1所示。再考慮同類傳感器具有不同的型號(hào)，如風(fēng)向、風(fēng)速傳感器，不同型號(hào)的同類傳感器輸出電參量類型一致，但氣象要素值與電參量的轉(zhuǎn)換公式不同，這樣存在同一信號(hào)輸出通道不同傳感器型號(hào)選擇的功能需求[2]。另外，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源應(yīng)該具有輸出值設(shè)置及運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)置信息顯示功能。自動(dòng)氣象站綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成結(jié)構(gòu)包括主控單元、顯示屏、操作鍵盤、各種傳感器模擬信號(hào)輸出電路及信號(hào)輸出端口，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出為并行輸出設(shè)計(jì)，所有要素標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)提供，所以圖1中的接口板提供了各類信號(hào)的輸出通道。圖1中的信號(hào)處理電路主要完成在核心處理器控制下的各類標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的選通、變換功能，詳細(xì)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中溫度信號(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)電阻的選通控制輸出，即溫度以特定值的形式輸出，考慮應(yīng)用的完善，特定值可以設(shè)置為：－50℃(80.31Ω)、－30℃(88.22Ω)、－10℃(96.09Ω)、0.00℃(100.00Ω)、10.0℃(103.90Ω)、30.0℃(111.67Ω)、50.0℃(119.40Ω)、80.0℃(130.90Ω)。

2綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源硬件、軟件設(shè)計(jì)簡介

本文所述綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源為智能化系統(tǒng)，所以硬件設(shè)計(jì)應(yīng)選擇嵌入式系統(tǒng)作為系統(tǒng)核心，應(yīng)用高性能、低功耗的微處理器STM32開發(fā)是個(gè)比較經(jīng)濟(jì)的解決方案，可以采用32位STM32F103X系列微控制器作為主控芯片，通過庫函數(shù)開發(fā)嵌入式固件程序控制外圍功能電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)通道的輸出控制[3]。在固化程序方面，利用庫函數(shù)編程技術(shù)，程序可讀性及可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源各項(xiàng)功能。程序運(yùn)行流程為設(shè)備開機(jī)后，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)上次的設(shè)置值輸出各類信號(hào)，用戶根據(jù)鍵盤選擇要素進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括傳感器類型、輸出值、輸出電平、串口通訊參數(shù)等，設(shè)置完成后主控單元執(zhí)行特定的程序控制外圍電路輸出用戶所需標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，顯示器同屏顯示正在輸出的各通道氣象要素量及對(duì)應(yīng)的電參量。綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源一般在地面氣象觀測設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場應(yīng)用，屬于便攜設(shè)備，所以電源模塊應(yīng)配備電池及充放電控制電路。溫度信號(hào)使用標(biāo)準(zhǔn)電阻序列，MCU根據(jù)用戶設(shè)置控制選通開關(guān)輸出特定的電阻值。氣壓、風(fēng)向等傳感器模擬電壓轉(zhuǎn)換使用D/A轉(zhuǎn)換電路。蒸發(fā)傳感器模擬電流應(yīng)用D/A轉(zhuǎn)換電路配合標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行輸出。雨量脈沖信號(hào)其實(shí)是干簧管的通斷控制的開關(guān)電路，需要有激勵(lì)源的特別處理。風(fēng)速、風(fēng)向等脈沖或頻率信號(hào)需要應(yīng)用電平選擇控制電路。

3綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源在地面氣象保障業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

應(yīng)用于自動(dòng)氣象站采集器現(xiàn)場校準(zhǔn)及備份采集器加電測試。首先將綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源通過專用信號(hào)線連接到采集器，然后開機(jī)，根據(jù)自動(dòng)氣象站采集器校準(zhǔn)方法依次設(shè)置好標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源各要素的輸出值和通訊參數(shù)之后，再讀取采集器所采集到的各要素值或其他臺(tái)站參數(shù)等。將獲取到的采集器要素值與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出值進(jìn)行對(duì)比來判斷該采集器是否正常[4]。應(yīng)用于自動(dòng)氣象站在線故障檢測。測試儀的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源可以對(duì)自動(dòng)站進(jìn)行在線故障檢測，一般使用排除法，依次將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出的信號(hào)接入自動(dòng)站各個(gè)接入點(diǎn)，通過查看對(duì)比采集器采集到的數(shù)值與輸出的標(biāo)準(zhǔn)值來判斷故障位置，達(dá)到快速準(zhǔn)確排除故障的目的。例如濕度故障的檢測。針對(duì)CAWS600系列和DZZ5、DZZ6自動(dòng)站，當(dāng)濕度出現(xiàn)故障時(shí)，從傳感器一端開始檢查，首先取下傳感器，使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置好需要的濕度輸出信號(hào)并將其接入信號(hào)傳輸線，查看監(jiān)控軟件的濕度值是否與設(shè)置值一致，如一致則為傳感器故障；如不一致則繼續(xù)使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源來檢查下一節(jié)點(diǎn)，即主采集器機(jī)箱防雷板的信號(hào)接入端，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為信號(hào)線纜故障；如不一致則將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源信號(hào)直接接入采集器，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為防雷板故障，如不一致則為采集器故障。針對(duì)DZZ4自動(dòng)站，當(dāng)濕度出現(xiàn)故障時(shí)，從傳感器一端開始檢查，首先取下傳感器，使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置好需要的濕度輸出信號(hào)并將其接入溫濕度分采，查看監(jiān)控軟件的濕度值是否與設(shè)置值一致，如一致則為傳感器故障；如不一致則檢查分采的運(yùn)行狀態(tài)指示燈并查看分采數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)異常則為分采故障。針對(duì)DYYZII自動(dòng)站，當(dāng)濕度出現(xiàn)故障時(shí)，從傳感器一端開始檢查，首先取下傳感器，使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置好需要的濕度輸出信號(hào)，并將其接入到信號(hào)傳輸線，查看監(jiān)控軟件的濕度值是否與設(shè)置值一致，如一致則為傳感器故障；如不一致則繼續(xù)使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源來檢查下一節(jié)點(diǎn)，即外轉(zhuǎn)接板的信號(hào)接入端，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為信號(hào)線纜故障；如不一致則將連接主采的7芯信號(hào)電纜的濕度信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源連接，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為外轉(zhuǎn)接板故障；如不一致則將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源信號(hào)直接接入采集器，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為7芯信號(hào)電纜故障，如不一致則為采集器故障。

4結(jié)束語

通過分析綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案、應(yīng)用方法等，技術(shù)人員系統(tǒng)地梳理了各型號(hào)地面氣象探測設(shè)備中傳感器的種類、型號(hào)及輸出信號(hào)的差異，經(jīng)過實(shí)際電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源樣機(jī)的設(shè)計(jì)制造，并應(yīng)用于地面氣象探測設(shè)備保障業(yè)務(wù)。由于地面氣象探測中傳感器類型較多，而且同種傳感器不同類型之間往往有一定差別，設(shè)計(jì)綜合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源要重點(diǎn)考慮其可靠性、實(shí)用性及易用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]安學(xué)武，趙建凱，包偉智，等.一種基于專家?guī)斓牡孛鏆庀筇綔y設(shè)備遠(yuǎn)程技術(shù)支持系統(tǒng)[J].內(nèi)蒙古氣象，2018(3)：40-43.

[2]安學(xué)武，趙建凱，包偉智，等.基于STM32的手持式地面氣象探測設(shè)備維修測試儀設(shè)計(jì)[J].電子世界，2018(8)：192-193.

[3]李艷，安學(xué)武.一種自動(dòng)氣象站綜合測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古氣象，2017(6)：28-31.

[4]趙建凱.關(guān)于自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)與原理的構(gòu)想[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50(5)：228+236.

作者:安學(xué)武 單位:內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術(shù)保障中心