自动气象站信号模拟器通信系统的设计与实现.pdf

第3期
气象水文海洋仪器
2011年9月
Meteorological, Hydrological and Marine Instruments
Sep.2011
自动气象站信号模拟器通信系统的设计与实现
余炳莹,行鸿彦’,邹应全12,徐伟,2
(1.南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心,南京210044;2.南京信息工程大学电子与信息工程
学院,南京210044)
摘要:阐述了通信系统在自动气象站信号模拟器应用中的意义,针对信号模拟器的特点选择
了适当的通信方式和通信协议,提出了硬件抗干扰措施,并介绍了以 Delphi语言为基础的上
位机通信模块设计。测试与实际应用结果表明,自动气象站信号模拟器和上位机之间可以可
靠、稳定地实现通信。该通信系统在自动化控制系统和智能仪器仪表中具有良好的应用前景
关键词:自动气象站;信号模拟器;串行通讯; Delphi; Mscomm
中图分类号:TP368
文献标识码:A文章编号:1006-009X(2011)03-0057-04
Design and implementation of communication system in automatic
weather station signal simulator
Yu Bingying", Xing
ou
Xu w
(1. Nanjing University of Information Science &Technology, Jiangsu Technology and Engineering Center o
Meteorological Sensor Network, Nanjing 210044; 2. Naniing University of In formation Science & Technology
Electronic and In formation Engineering College, Nanjing 210044)
Abstract: This article describes the significance of communication system applied in automatic weather
station signal simulator. The appropriate communication mode and protocol are selected based on the
characteristics of the signal simulator. The measures for hardware anti-interference are proposed. The
design of PC communication module under the environment of Delphi is also introduced. Tests and
practical application results show that the communication between the PC and the automatic weather
station signal simulator is reliable and stable. The communication system has a good prospect in the
automation control systems and intelligent instruments.
Key words: automatic weather station; signal simulator; serial communication; Delphi; Mscomm
0引言
于自动站传感器检定,而自动站的核心数据采集
器部分没有涉及到,这就可能使诸多气象要素在
自动气象站在我国已运行多年,装备了数万该环节所积累的误差和传感器的误差的叠加,对
台,实现了多种气象要素的自动采集、处理、存储整个系统误差带来严重的偏差。所以,数据采集
和传输。为保证自动观测数据的质量,中国气象器的检定也应成为自动气象站检定的重要内容。
局规定自动气象站每2年检定1次,但仅局限然而,数据采集器的检定设备不足是制约这一工
收稿日期:2011-06-30
基金项目:江苏省“六大人オ高峰”项目、江苏省科技创新与成果转化专项(BE2008139)、江苏省传感网与现代气象
装备优勢学科平台共同资助
作者简介:余炳莹(1986-),女,硕士.主要从事气象仪器物探测量仪器方面的研究.
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气象水文海洋仪器
Sep.2011
作深度开展的原因之
在整个系统中起到了桥梁的作用
新近研制的自动气象站信号模拟器就是一款
自动气象站
专门为检定自动气象站数据采集器和检测气象要
号锳拟器
素传感器工作状态而设计的高性能仪器。整个系
串口通
统主要由传感器模拟信号产生子系统、气象要素
上位机信模
块
传感器检湖子系统和运行在计算上的上位机管理
自动气象站
软件组成。其中传感器模拟信号产生子系统用于
数据采集器
产生自动气象站中各传感器的模拟电信号(包括
温度、湿度、辐射、蒸发、气压等),将该标准传感器
图1系统总体框图
模拟信号接人待检采集器,实现对采集器的检定。2.2串口通信模块硬件设计
传感器检测子系统,用于接收传感器电信号,大致2.2.1电平转换接口设计
判定传感器工作状态。上位机管理软件是配套的
系统中信号模拟器和数据采集器所用的微控
具有良好人机交互功能、在线升级、测评结果分析制芯片是MSP430F149单片机,它有2个串行通
与提交的测评软件。
信接口,通过 USART控制寄存器UCTI可选择
系统中信号模拟器与上位机、采集器与上位
串行异步通信协议UART或同步通信协议SPl。
机之间都需要进行数据通信。上位机将控制信号
本系统中应用的是UART模式5i。MSP430单
经通信通道发送给模拟器,模拟器产生所需的模
片机采用的是TTL电平,上位机的RS-232串
拟电信号并输出送给采集器;采集器采集数据后,行接凵要求EIA电平,二者通过MAX232电平
将测量值经通信通道返回给上位机。上位机软件转换芯片实现。MAX232工作电压为5V、不需
将接收到的测量值与模拟值进行比较分析,来达外加驱动器。
到对数据釆集器检定的目的。在此过程中,要保2.2.2抗千扰设计
证自动气象站信号模拟器和PC机之间可以可
本系统作为一个高精度的气象信号模拟系
靠、稳定地实现通信。本文针对通信方式的选择统,串口的千扰信号会对信号的输出精度产生影
和具体的通信实现方法进行了研究
响,如温度的分辨力1mΩ,最大容许误差30m2;
辐射的分辨力1aV,最大容许误差为10V;蒸
1通信方式的选择
发量的分辨力1pA,最大容许误差为10xA。而
上位机与设备间的通信主要有USB、CAN各个采集器与传感器的内部电路不同,由于供电
总线和串行通信等多种方式。调査发现,大多数系统设备接地等诸多原因使得2台设备之间的地
自动气象站及其数据采集器、部分气象要素传感电位超过正常信号幅度,给系统带来纵向干扰,甚
器均带有串行通信模块,以实现与计算机的数据至会烧毁通讯接口”。为了保证本系统信号