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一.   系統(tǒng)簡介：

    在我國遼闊的地域上，廣泛分布著數(shù)以萬計的氣象自動監(jiān)測站，由于其中很多應(yīng)用與人煙稀少的地區(qū)，所以自動站很多為無人職守的。這就要求系統(tǒng)有很高的可靠性和性能指標(biāo)。以前這一領(lǐng)域一直被澳大利亞和德國產(chǎn)品所占有，其產(chǎn)品多由單片機開發(fā)，完成一些特定功能。由于長期的使用，所以此類產(chǎn)品的技術(shù)已非常成熟，使用很可靠。但其價格很高，是我們產(chǎn)品的2-3倍。而且靈活性遠(yuǎn)不如我們的產(chǎn)品。利用研華生產(chǎn)的ADAM-5510作為數(shù)據(jù)采集控制器，將所在地域的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，計算，保存，同時使用Modem通過電話網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送給上位機。由于ADAM-5510本身是一臺“計算機” ，所以數(shù)據(jù)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(tǒng)架構(gòu)：

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(gòu)，不僅容易編寫控制邏輯，而且容易與PC系統(tǒng)連接。ADAM-5510內(nèi)置80188CPU和ROM-DOS操作系統(tǒng)。提供512KB FLASH ROM、512KB SRAM用于用戶程序下裝、系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)存儲。ADAM-5510具有兩個串行口用于與其他設(shè)備通訊，另有一個程序口用于下載和調(diào)試程序。

ADAM-5510的高品質(zhì)特性和合理的價格是河海大學(xué)環(huán)境監(jiān)測管理信息系統(tǒng)佳構(gòu)的重要原因。概括如下：

    1、  體積小、接線方便、結(jié)構(gòu)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(shù)學(xué)運算功能，克服了小型PLC數(shù)學(xué)運算功能差的缺點。與傳統(tǒng)的PLC相比，ADAM-5510具有較多的數(shù)據(jù)存儲區(qū)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(xiàn)各類遠(yuǎn)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(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2、 設(shè)計背景與功能要求

    希望使用性價比更高的產(chǎn)品來代替現(xiàn)有的設(shè)備，經(jīng)過市場調(diào)研選中了研華公司的ADAM-5510基于PC的可編程控制器。現(xiàn)將使用要求和實現(xiàn)方法做一說明。

氣象行業(yè)對氣象數(shù)據(jù)采集器有許多嚴(yán)格的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求和對環(huán)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(dá)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(shù)據(jù)；

    6.   靈活的通訊方式，便于數(shù)據(jù)傳輸；

    7.   組網(wǎng)方便；

    8.   精度要求高(電壓0.1%)；

    9.   信號種類繁多(數(shù)字量、電壓、電阻、頻率、計數(shù)器等)；

    10.   數(shù)據(jù)采集器能過濾原始數(shù)據(jù)；

    11.   能對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化和定標(biāo)；

    本次選用Advantech的ADAM-5510作為氣象數(shù)據(jù)采集器是在綜合了ADAM-5510自身優(yōu)缺點和氣象數(shù)據(jù)采集器的具體要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次大膽嘗試。

3、系統(tǒng)構(gòu)成

    本次開發(fā)的數(shù)據(jù)采集器是作為或6要素（溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)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(wěn)定性將關(guān)系到整個自動站的的性能和穩(wěn)定性，因此我們結(jié)合自動站的要求和現(xiàn)場傳感器的實際情況在這兩個方面進(jìn)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(tǒng)的觀測要求定時采集數(shù)據(jù)：

2．對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

    a．對溫度值按氣象行業(yè)的要求進(jìn)行修正，對修正值進(jìn)行等權(quán)算術(shù)平均，以備用；

    b．對濕度電壓值進(jìn)行修正，根據(jù)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(xué)院有條件完成)，并對濕度值進(jìn)行等權(quán)算術(shù)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(fēng)向進(jìn)行2分鐘和10分鐘滑動平均，保留滑動平均值；

    e．將風(fēng)速傳感器的頻率值換算成速度值，對風(fēng)速進(jìn)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(shù)器值換算成降雨雨強，對結(jié)果進(jìn)行等權(quán)算術(shù)平均，保留每小時降雨量和每24小時降雨量；

3．按氣象行業(yè)的格式要求保存以下數(shù)據(jù)3個月：

    a.   每天正點前4分鐘的實時數(shù)據(jù)(除風(fēng)向、風(fēng)速外)；

    b.   每天正點前4分鐘風(fēng)向、風(fēng)速10分鐘滑動平均值；

4．將采樣數(shù)據(jù)通過RS-232或Modem實時上傳至上位機；

5．按時或根據(jù)上位機的指令將保存的數(shù)據(jù)通過RS-232或Modem上傳至上位機；

根據(jù)上述氣象行業(yè)對數(shù)據(jù)采集器的要求硬件使用了ADAM-5000系列的數(shù)據(jù)采集模板：

軟件部分根據(jù)氣象行業(yè)的特殊要求結(jié)合ADAM-5510的自身特點進(jìn)行相應(yīng)的算法改進(jìn)和優(yōu)化：

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

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

    3．氣壓暫保留；

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

    5．風(fēng)速和頻率為線性關(guān)系；

    6．降雨量和計數(shù)值之間為線性關(guān)系，但5080只能為頻率模式或計數(shù)器模式，

三、結(jié)論

    基于ADAM-5510的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是惡劣環(huán)境下可靠工作而專門設(shè)計的緊湊型、智能化現(xiàn)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(shù)據(jù)采集及控制場合。系統(tǒng)配置靈活簡單，輸入輸出模塊全部為隔離保護(hù)方式，內(nèi)部具有看門狗電路，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)周期短。解決了氣象行業(yè)多年來人工記錄的難題。