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一.   系統簡介：

    在我國遼闊的地域上，廣泛分布著數以萬計的氣象自動監測站，由于其中很多應用與人煙稀少的地區，所以自動站很多為無人職守的。這就要求系統有很高的可靠性和性能指標。以前這一領域一直被澳大利亞和德國產品所占有，其產品多由單片機開發，完成一些特定功能。由于長期的使用，所以此類產品的技術已非常成熟，使用很可靠。但其價格很高，是我們產品的2-3倍。而且靈活性遠不如我們的產品。利用研華生產的ADAM-5510作為數據采集控制器，將所在地域的氣象數據進行采集，計算，保存，同時使用Modem通過電話網將數據傳送給上位機。由于ADAM-5510本身是一臺“計算機” ，所以數據的采集，計算，保存和上傳都通過ADAM-5510來完成。

二、解決方案及系統架構：

1、 ADAM-5510的特性

    研華PC-Based 可編程控制器ADAM-5510采用開放的PC架構，不僅容易編寫控制邏輯，而且容易與PC系統連接。ADAM-5510內置80188CPU和ROM-DOS操作系統。提供512KB FLASH ROM、512KB SRAM用于用戶程序下裝、系統操作和數據存儲。ADAM-5510具有兩個串行口用于與其他設備通訊，另有一個程序口用于下載和調試程序。

ADAM-5510的高品質特性和合理的價格是河海大學環境監測管理信息系統佳構的重要原因。概括如下：

    1、  體積小、接線方便、結構緊湊、價格便宜，克服了計算機體積大、接線不便、價格高等缺點；

    2、  編程靈活，有幾千的數學運算功能，克服了小型PLC數學運算功能差的缺點。與傳統的PLC相比，ADAM-5510具有較多的數據存儲區域，彈性的可編程能力及通訊庫的支持；

    3、通訊接口多樣，易于實現各類遠程、近程通訊。ADAM-5510具有兩個串行口，COM1指定為RS-232方式，COM2口指定為RS-485方式。ADAM-5510可通過MODEM實現遠程控制。

2、 設計背景與功能要求

    希望使用性價比更高的產品來代替現有的設備，經過市場調研選中了研華公司的ADAM-5510基于PC的可編程控制器。現將使用要求和實現方法做一說明。

氣象行業對氣象數據采集器有許多嚴格的產品技術指標要求和對環境的苛刻要求：

    1.   高可靠性，平均無故障時間>3000小時，平均使用壽命5年；

    2.   能夠離線單獨工作；

    3.   采集精度達到國家氣象局的要求；

    4.   功耗低，在市電停電、電池供電的情況下，能工作三天；

    5.   足夠大的存儲器，能保存三個月的數據；

    6.   靈活的通訊方式，便于數據傳輸；

    7.   組網方便；

    8.   精度要求高(電壓0.1%)；

    9.   信號種類繁多(數字量、電壓、電阻、頻率、計數器等)；

    10.   數據采集器能過濾原始數據；

    11.   能對數據進行線性化和定標；

    本次選用Advantech的ADAM-5510作為氣象數據采集器是在綜合了ADAM-5510自身優缺點和氣象數據采集器的具體要求的基礎上進行的一次大膽嘗試。

3、系統構成

    本次開發的數據采集器是作為或6要素（溫度、濕度、氣壓、風向、風速、降雨）或單元素（雨量計）自動站的核心部分，采集器的性能、穩定性將關系到整個自動站的的性能和穩定性，因此我們結合自動站的要求和現場傳感器的實際情況在這兩個方面進行了有針對性的加強，在硬件條件已基本確定的情況下，在編程上使用一些措施以彌補硬件的不足和滿足自動站的要求。

本次使用的傳感器類型、型號、信號類型如下：

對采集器的初步要求如下：
1．按照氣象系統的觀測要求定時采集數據：

2．對采樣數據進行處理：

    a．對溫度值按氣象行業的要求進行修正，對修正值進行等權算術平均，以備用；

    b．對濕度電壓值進行修正，根據溫度值計算出相對濕度(注：此項工作目前只有中國氣象科學院有條件完成)，并對濕度值進行等權算術平均；

    c．鑒于氣壓傳感器的特殊情況，該項暫保留；

    d．將8位格雷碼換算成0-360o的角度，對風向進行2分鐘和10分鐘滑動平均，保留滑動平均值；

    e．將風速傳感器的頻率值換算成速度值，對風速進行2分鐘和10分鐘滑動平均，保留滑動平均值；

    f．將降雨的計數器值換算成降雨雨強，對結果進行等權算術平均，保留每小時降雨量和每24小時降雨量；

3．按氣象行業的格式要求保存以下數據3個月：

    a.   每天正點前4分鐘的實時數據(除風向、風速外)；

    b.   每天正點前4分鐘風向、風速10分鐘滑動平均值；

4．將采樣數據通過RS-232或Modem實時上傳至上位機；

5．按時或根據上位機的指令將保存的數據通過RS-232或Modem上傳至上位機；

根據上述氣象行業對數據采集器的要求硬件使用了ADAM-5000系列的數據采集模板：

軟件部分根據氣象行業的特殊要求結合ADAM-5510的自身特點進行相應的算法改進和優化：

    1．對于溫度值根據PT100鉑電阻的非線性特性對其進行嚴格的線性化，以使溫度值的的精度達到要求的0.1℃；

    2．相對濕度是一個較為復雜的值，和溫度、氣壓密切相關，受條件限制，現只將電壓值上傳，留待上位機處理；

    3．氣壓暫保留；

    4．風向的值是8位格雷碼，且無規律可循，因此使用了一個400多行語句去求得風向值；

    5．風速和頻率為線性關系；

    6．降雨量和計數值之間為線性關系，但5080只能為頻率模式或計數器模式，

三、結論

    基于ADAM-5510的氣象數據采集系統是惡劣環境下可靠工作而專門設計的緊湊型、智能化現場信息采集單元，特別適合于采樣及控制點分散，與主機距離教員的數據采集及控制場合。系統配置靈活簡單，輸入輸出模塊全部為隔離保護方式，內部具有看門狗電路，大大的提高了系統的可靠性，應用系統開發周期短。解決了氣象行業多年來人工記錄的難題。