新型自动气象站结构系统的研究

摘要：随着气象事业蓬勃发展，现代气象业务对综合气象观测提出了更高的要求，目前现有自动气象站在观测能力上存在着严重不足，同时技术落后，功能规格不统一，致使型号繁多。当今现代电子测量和控制技术得到快速发展，我国近十年来地面气象观测站网大量使用自动气象站和自动气候站考核取得了许多成功的经验，为实现具备多功能、全要素、统一型号的新型自动气象站提供基础。
　　关键词：气象 观测 新型自动站
　　1、引言
　　新型自动气象站采用了当今成熟的、稳定的、先进的电子测量、数据传输和控制系统技术，设计基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建的自动气象站，满足地面气象观测全要素自动观测。
　　新型自动气象站实现了到高精度、高稳定、易维护、低功耗、易扩展和实时远程监控的能力。整套系统按照“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的结构设计，对主/分采集器、总线结构、传感器、外围设备、软件、现场标校设备的各个部分，从功能、结构、通讯协议、数据采集、数据计算处理、数据存储、数据质量控制、数据传输、电气接口标准、生产工艺全面进行规定。
　　2、新型自动气象站应用到的新技术
　　在新型自动气象站中应到了两项比较新的技术，即：嵌入式系统技术和外部现场总线技术。
　　2.1嵌入式系统技术
　　嵌入式系统是以高性能CPU数据处理器为核心处理器，嵌入操作系统，配置相关的外围组件，构成单板电脑系统。高性能的CPU一般是指32位CPU，包括：ARM7系列、ARM9系列以及现在比较新的ARM Cortex M3系列或其他系列CPU等。操作系统嵌入实时性比较好的操作系统，一般可以嵌入：C/OS-II、FreeRTOS、Clinux等。
　　以上操作系统的特点是：实时性比较好，规模相对比较小，所需要的硬件资源也不大。但功能相对简单一点。
　　对于功能要求比较多的可以选用Linux操作系统或WindowCE操作系统。其特点是：功能比较齐全，基本上具备标准电脑的全部功能，所构成的系统又称单板电脑。Linux操作系统是开源的可以从网络上找到；WindowCE在使用时是需要付版权费用的。
　　外围部件配置基本上按照标准电脑的部件配置，包括： Flash存储器、RAM存储器、CF卡（或SD卡）存储器、以太网络接口电路以及TCP/IP通讯协议、USB通讯端口、多个RS232/RS485串口、CAN总线。
　　嵌入式系统的数据综合处理能力非常强大，在新型自动站系统中引入了嵌入式系统，可以大大提高自动气象站的数据处理能力，使很多复杂的数据分析、处理计算功能在数据采集器端得以实现。嵌入式系统丰富的外设处理单元、多种通讯端口，可以非常方便地实时自动气象站的数据通讯处理、远程访问的功能。
　　2.2外部总线技术
　　外部总线是用来连接各个数据处理控制、数据处理单元，并完成数据传输、通讯处理功。外部总线的功能就是实现多个数据处理控制、数据处理单元之间的数据通讯；外部总线的的电气结构要求简单，而且数据传输要稳定可靠。
　　目前，在实际应用中外部总线的方式有很多种，使用最多的是RS485方式和CAN总线方式，另外应用比较多的还有SDI-12方式。要想外部总线的结构简单、而且数据传输可靠，基本上都是采用差分信号方式传输，所以数据传输只需要两根线。RS485和CAN总线都是采用两根线进行数据传输。因为是传输差分信号，所以采用双绞线跟有利于提高信号传输的可靠性。
　　3、主采集器的结构设计