新型自动气象站采集器

　　新型自动气象站采集器是自动气象站的核心，可以外接雨量、温度、风速、风向、湿度、气压、蒸发、地温等多种气象要素传感器。接收到传感器信号后，再通过自动气象站采集器进行数据采集、运算、质量控制以及传输等。

　　新型自动站属于分布式结构自动气象站，是基于现代总线技术路线进行设计。按照统一命名DZZx系列型号自动站。

图1.自动气象站采集器

　　新型自动气象（气候）站基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建，采用了国际标准并遵循标准、开放的技术路线进行设计，它由硬件和软件两大部分组成。硬件包括采集器（1个主采集器和若干个分采集器）、外部总线、传感器、外围设备四部分；软件包括嵌入式软件、业务软件二部分。其总体结构如图1所示。

图2.总线式自动气象站结构

　　其中，温湿度测量既可以使用温湿度智能传感器，也可将温度、湿度传感器直接挂接到主采集器上；称重式降水传感器既可采用串口方式挂接在主采集器上，也可挂接在气候分采集器上。

　　自动气象站的核心是基于CAN（Controller Area Network，控制器区域网）总线技术和国际标准CANopen协议进行设计，涉及物理层、数据链路层和应用层的标准定义。满足此定义和功能规格书的主/分采集器具备统一的物理接口和应用接口，从而达到兼容、互换的目的。

　　为了实现自动气象站的最小配置，将基本气象要素传感器直接挂接在主采集器上。可以对自动气象站进行不同的配置，以实现不同观测任务或满足不同类别气象观测站的需要，以最大限度地方便维护和降低维护成本。

　　在已建自动气象站扩展新的测量要素或增加传感器时，不需要对系统已有的传感器连接、布线作改动，只需要将新的分采集器和/或传感器加入到系统中，并进行简单的软件升级/配置。

　　外围设备主要包括电源、[终端]微机、通信接口和外存储器。

　　主采集器是自动气象站的核心，由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的 A/D 电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序和数据存储器、传感器接口、通信接口、CAN总线接口、外接存储器接口、以太网接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。其结构框如图3所示。

图3.自动气象站主采集器结构

　　主采集器嵌入式处理器的选取还应满足下列要求：

　　a) 综合考虑速度、功耗、环境要求，能支持嵌入式实时操作系统的运行并具有内置的 Watchdog 功能，采用当前市场主流ARM9系列的32位处理器；

　　b) 选择 16 位以上的 A/D 转换电路，以满足传感器的测量要求；

　　c) 实时时钟电路能保证误差 15s/月的要求；

　　d) 程序存储器为非易失性的，容量满足嵌入式软件的容量要求，并具有 50% 的余量；

　　e) 数据存储器为非易失性的，容量满足数据存储的要求，并具有 50% 的余量；

　　f) RAM满足嵌入式软件的运行要求，并且有 30% 的余量。

　　主采集器直接挂接的传感器包括：气温、湿度、气压、降水量（翻斗或容栅式、大翻斗式）、风向（10m高度）、风速（10m高度）、总辐射、蒸发和能见度。其通道配置要求如表1所示。

表1　主采集器接入传感器通道配置要求

表2　主采集器通信接口配置要求

　　主采集器应具备外接存储器，包括：

　　●1 个CF 卡；

　　●2 个USB。

　　主采集器应具备监测电路，包括：

　　●主板温度测量；

　　●主板电源测量；

　　●交流供电检测；

　　●主采集器机箱门状态检测。

　　主采集器应具备指示灯，包括：

　　●系统指示灯（秒闪）；

　　●CF 卡指示灯。

　　在线编程接口应包括：RS 232或RJ 45。

　　主采集器的主要有两大功能：一是完成基本气象要素传感器和各个分采集器的采样数据，对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输，与终端微机或远程数据中心进行交互；二是担当管理者角色，对构成自动气象站的其他分采集器进行管理，包括网络管理、运行管理、配置管理、时钟管理等以协同完成自动气象站的功能。

　　备份自动气象站采集器是作为新型自动气象站的热备份，可以外接雨量、温度、风速、风向、湿度、气压、蒸发、地温等多种气象要素传感器。接收到传感器信号后，再通过自动气象站采集器进行数据采集、运算、质量控制以及传输等。